(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット中心型プロトコルにより第一データネットワークと通信をする無線基地局と、
前記パケット中心型プロトコルにより前記第一データネットワークと通信をする一つ以上のホストワークステーションと、
無線媒体を介して前記パケット中心型プロトコルにより共有帯域幅を介して前記無線基地局とＩＰ（インターネットプロトコル）フロー情報を通信する一つ以上の加入者ＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment）局と、
第二ネットワークを介して前記加入者ＣＰＥ局のそれぞれに前記パケット中心型プロトコルにより接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、から構成されるパケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムにおいて、
前記無線基地局がプロトコルスタックの媒体アクセス制御（MAC）層において動作するリソースアロケータを備え、前記リソースアロケータが前記無線媒体の共有帯域幅を複数のＩＰフローに対し割り当て、前記ＩＰフローのそれぞれが前記パケット中心型プロトコルを使って通信し、前記リソースアロケータが前記媒体アクセス制御（MAC）層において前記共有帯域幅を割り付けるために前記プロトコルスタックのアプリケーション層から仮想的に複数の前記ＩＰフローに関する情報を受信するように構成されていることを特徴とする電気通信システム。
【請求項２】
前記リソースアロケータがアプリケーションを感知することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記リソースアロケータが、
前記共有帯域幅を介してＩＰフローを分析し、スケジューリングするアナライザとスケジューラを備え、
前記ＩＰフローは、
送信制御プロトコル／インターネットプロトコル(TCP/IP)フロー、および
ユーザデータグラムプロトコル／インターネットプロトコル(UDP/IP)フロー、
のいずれか一つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記アナライザと前記スケジューラが、
前記ＩＰフローを識別する識別要素と、
前記ＩＰフローを特徴付ける特徴付け要素と、
前記ＩＰフローをクラス分けするクラス分け要素と、を備え、
前記スケジューラは前記ＩＰフローに優先度を付ける優先度付け要素と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記識別要素は、
パケットヘッダフィールドを分析する分析装置と、
新しいＩＰフローと既存のＩＰフローを識別する識別要素と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記アナライザは、
前記ＩＰフローのパケットをバッファするバッファと、
前記パケット一つずつのパケットヘッダフィールドからデータを抽出するデータ抽出装置と、
前記パケットヘッダフィールドを分析するパケットヘッダフィールドアナライザと、を備えたことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記クラス分け要素は、
新しいＩＰフローのパケットをＱｏＳクラスグルーピングにグループ分けするＱｏＳグルーピング装置を備えたことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記優先度付け要素は、
ＶＰＮ（virtual private network：仮想プライベートネットワーク）である送信元に基づいて前記IPフローを優先度付けする仮想プライベートネットワーク（VPN）優先度付け器を備えたことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記仮想プライベートネットワーク（VPN）優先度付け器は、前記ＶＰＮ  ＩＰフローのすべてに高い優先度を付けることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記優先度付け要素は、
前記IPフローの加入者送信元のＳＬＡレベルに基づいて前記ＩＰフローに優先度を付けるサービスレベル契約（SLA：service level agreement）ベース優先度付け要素を備えたことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＳＬＡレベルは、
プレミアムレベル、スタンダードレベル、およびバリューレベルの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記優先度付け要素は、
前記ＩＰフロー優先度に基づいて予約ポリシー限度を設定する、共有帯域幅の公平な分配を保証する均等化優先度（WFP：weighted fair priority）優先度付け要素を備えたことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ＳＬＡレベルは、
プレミアムレベル、スタンダードレベル、およびバリューレベルの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ＳＬＡレベルは、
前記ＳＬＡ加入者間で異なったトラフィックレート；
前記ＳＬＡ加入者のネットワーク利用可能性；
前記ＳＬＡ加入者の帯域幅を少なくする；
前記ＳＬＡ加入者のエラーレートを少なくする；
前記ＳＬＡ加入者の待ち時間保証；
前記ＳＬＡ加入者のジッター保証；
の中の一つ以上を提供するために使用されることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムはＰｔＰ（point-to-point）電気通信システムとして使用されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記パケット中心型プロトコルは送信制御プロトコル/インターネットプロトコル(TCP/IP)であることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記パケット中心型プロトコルがユーザダイアグラムプロトコル/インターネットプロトコル(UDP/IP)であることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムにおける共有無線帯域幅を割り当てる方法において、
前記方法は、
無線基地局と、一つ以上の加入者ＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment）局とにＩＰフロー情報の通信をするために前記共有帯域幅を割り当てるステップから構成され、
前記共有帯域幅は複数のＩＰフローにプロトコルスタックの媒体アクセス制御（MAC）層において割り当てられ、ＩＰフローのそれぞれはパケット中心型プロトコルを使って通信し、
前記プロトコルスタックのアプリケーション層から仮想的に複数の前記ＩＰフローに関する情報を受信し、前記媒体アクセス制御（MAC）層における前記共有帯域幅の割り付けが前記情報に対応していることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記方法は、無線媒体を介して送信する送信フレームのデータパケットに送信フレームの未来スロットを割り当てるステップを備え、
前記割り当てるステップは、
事前予約アルゴリズムを適用するステップと、
前記アルゴリズムに基づいて前記未来送信フレームのインターネットプロトコル（IP）フローの第一データパケットについて第一スロットを予約するステップと、
前記アルゴリズムに基づいて前記未来送信フレームに時間的に後続の送信フレームの前記ＩＰフローの第二データパケットについて第二スロットを予約するステップと、を備え、
前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されるのと等時（isochronous）に、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置されること特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されることと、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置されることとの間に周期的な変動があることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されることと、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置されることとの間に非周期的な変動があることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記事前予約アルゴリズムが、前記IPフローがジッター感知型であるかどうかを判断することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
無線媒体を介して通信をし、さらに第一の有線データネットワークと接続する無線基地局において、前記無線基地局がプロトコルスタックの媒体アクセス制御（MAC）層において動作するリソースアロケータを備え、前記リソースアロケータが前記無線媒体の共有帯域幅を複数のＩＰフローに対し割り当て、前記ＩＰフローのそれぞれがパケット中心型プロトコルを使って通信し、前記リソースアロケータが前記媒体アクセス制御（MAC）層において前記共有帯域幅を割り付けるために前記プロトコルスタックのアプリケーション層から仮想的に複数の前記ＩＰフローに関する情報を受信するように構成されていることを特徴とする無線基地局。
【請求項２４】
前記リソースアロケータがアプリケーションを感知することを特徴とする請求項２３に記載の無線基地局。
【請求項２５】
前記リソースアロケータが、前記共有帯域幅におけるＩＰフローを分析し、スケジューリングするアナライザとスケジューラを備え、
前記ＩＰフローは、送信制御プロトコル／インターネットプロトコル(TCP/IP)フロー、およびユーザデータグラムプロトコル／インターネットプロトコル(UDP/IP)フロー、のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項２４に記載の無線基地局。
【請求項２６】
前記アナライザと前記スケジューラが、
前記ＩＰフローを識別する識別要素と、
前記ＩＰフローを特徴付ける特徴付け要素と、
前記ＩＰフローをクラス分けするクラス分け要素と、を備え、
前記スケジューラは前記ＩＰフローに優先度を付ける優先度付け要素と、を備えることを特徴とする請求項２４に記載の無線基地局。
【請求項２７】
前記アナライザは、パケットヘッダフィールドを分析し、
前記識別要素は、新しいＩＰフローと既存のＩＰフローを識別することを特徴とする請求項２６に記載の無線基地局。
【請求項２８】
前記アナライザは、
前記ＩＰフローのパケットをバッファするバッファと、
前記パケット一つずつのパケットヘッダフィールドからデータを抽出するデータ抽出装置と、
前記パケットヘッダフィールドを分析するパケットヘッダフィールドアナライザと、を備えることを特徴とする請求項２７に記載の無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  （発明の背景）
他の特許との相互参照
【０００２】  共同譲受人の以下の出願は、共通の開示を含む。
「Quality of Service (QoS)―Aware Wireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission System Architecture」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21506。
「Method for Providing Dynamic Bandwidth Allocation Based on IP-Flow Characteristics in a Wireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21507。
「Method for Providing for Quality of Service (QoS) _ Based Handling of IP-Flows in a Wireless Point to Multi-Point Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21508。
「IP-Flow Identification in a Wireless point to Multi-Pont Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21509。
「IP-Flow Characterization in a Wireless Point to Muti-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21510。
「IP-Flow Classification in a Wireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21511。
「IP-Flow Prioritization in a Wireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21512。
「Method of Operation for Providing for Service Level Agreement (SLA) Based Prioritization in a Wireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission system」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21513。
「Method for Transmission Control Protocol (TCP) Rate Control With Link-Layer Acknowledgments in a Wireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21514。
「Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) _ Centric QoS Aware Media Access Control (MAC) Layer in a Wireless Point to Muti-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21532。
「Use of Priority-Based Scheduling for the Optimization of Latency and Jitter Sensitive IP Flows in a Wireless Point to Multi-Point Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21533。
「Time Dvision Multiple Access/Time Division Duplex (TDMA/TDD) Access Method for a Wireless Point to Multi-Point Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21534。
「Reservation Based Prioritization Method for Wireless Transmission of Latency and Jitter Sensitive IP-Flows in a Wireless Point to Multi-Point Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21535。
「Translation of Internet-Prioritized Internet Protocol (IP) _ Flows into Wireless System Resource Allocations in a Wireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21536。
「Method of Operation for the Integration of Differentiated services (Diff-serv) Marked IP-Flows into a Quality of Service (QoS) Priorities in aWireless Point to Multi-Point (PtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21539。
「Method for the Recognition and Operation of Virtual Private networks (VPNs) over a Wireless Point to Multi-Point (MtMP) Transmission System」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21540。
「Time Division Multiple Access/Time Division Duplex (TDMA/TDD) Transmission media Access Control (MAC) Aire Frame」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21541。
「Application-Aware, Quality of Service (QoS) Sensitive, Media Access Control (MAC) Layer」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21542。
「Transmission Control Protocol/lnternet Protocol (TCP/IP) Packet-Centric Wireless Point to Point (PtP) Transmission System Architecture」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21543。
「Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) Packet-Centric Cable Point-to Multi-Point (PtMP) Transmission System Architecture」と題する1999年７月９日に出願された米国特許出願。代理人整理番号A-21547。
【０００３】    （発明の属する技術分野）
【０００４】  本発明は一般的には電気通信に関し、より詳細には、ＱｏＳ（サービス品質）感知型ポイントツーマルチポイント送信システムを実施するシステムおよび方法に関する。
【０００５】    （従来の技術）
【０００６】  音声、データおよびビデオネットワークなどの電気通信ネットワークは従来、送信するトラフィックのタイプごとによりカスタマイズされてきた。たとえば、音声トラフィックはとても待ち時間(latency)に敏感であるが、品質はそれほど重要でないため、音声ネットワークは音声トラフィックを待ち時間を制限して送信するように設計されている。これとは反対に、スプレッドシートなどの従来のデータトラフィックは、待ち時間に敏感ではないが、正確に伝送することが要求されている。従来の電気通信ネットワークは、最終ユーザにとって許容できるサービス品質（QoS）を実現するために回線交換を行っている。新しいパケット交換型の高帯域データネットワークの登場により、データネットワークを介して異なったタイプのトラフィックを伝送することが可能になった。とりわけ、音声、データおよびビデオネットワークを一つの広帯域電気通信ネットワークに集約することが可能となった。最終ユーザの願いに応えるために、伝送する様々なタイプのトラフィックにQoSを提供することのできるシステムが望まれている。
【０００７】    （発明が解決しようとする課題）
【０００８】  現在、無線ネットワークは優先ネットワークと比較してQoSに難点があるという課題がある。例えば、従来の無線ネットワークはいくつかの理由によりBER（bit error rate：ビットエラーレート）が高い。従来、無線ネットワークは回線交換型接続も実行して、信頼性のある通信チャネルを提供している。しかしながら、回線交換型接続は、ノード間をトラフィックが伝送されていてもされていなくても、通信ノード間に帯域幅を割り当てる。したがって、回線交換接続は通信帯域幅を効率的に使用していない。
【０００９】  パケット交換は、従来の回線交換よりも利用可能な帯域幅を有効に使用する。パケット交換はトラフィックを、いわゆる「パケット」にまで分割して送信元ノードから送信先へ伝送して再び組み立てることができる。このため、帯域幅の特定の部分は、多くの送信元および送信先が共有することができ、帯域幅をより有効に使用することができる。
【００１０】  有線広帯域アクセス装置の送信に相当するようなQoS機能を提供できる無線広帯域アクセス電気通信システムが望まれている。広帯域として十分な帯域幅を提供しながらも、許容できるQoS特性がなかったことが、従来から無線広帯域アクセスシステムの展開の障壁となってきた。同様に、十分な帯域幅を犠牲にして高レベルのQoSを提供することも最終ユーザにとって有益ではなかった。
【００１１】  従来の無線広帯域アクセスシステムを提供する努力は、無線システムのアーキテクチャの基本的な原則として十分な優先度をQoSに認めることはなかったため、最適な設計とはいえなかった。インターネット、パケット交換パラダイム、および普遍的なデータプロトコルとしての送信制御プロトコル／インターネットプロトコル（TCP/IP）の急速な台頭により、新しい無線システム設計が必要であることは明白になってきた。
【００１２】  本当のQoS機能を有したIP中心型無線広帯域アクセスシステムが必要とされている。
【００１３】    （課題を解決するための手段）
【００１４】  本発明は、パケット中心型プロトコルにより第一データネットワークと通信をする無線基地局と、前記パケット中心型プロトコルにより前記第一データネットワークと通信をする一つ以上のホストワークステーションと、無線媒体を介して前記パケット中心型プロトコルにより共有帯域幅を介して前記無線基地局と接続された一つ以上の加入者CPE（顧客宅内装置：customer premise equipment )局と、第二ネットワークを介して前記加入者CPE局のそれぞれに前記パケット中心型プロトコルにより接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、から構成されるパケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに関する。  前記パケット中心型プロトコルは送信制御プロトコル/インターネットプロトコル（TCP/IP）であってもよい。前記パケット中心型プロトコルはユーザダイアグラムプロトコル/インターネットプロトコル(UDP/IP)であってもよい。
【００１５】  前記加入者CPE局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て手段を備えもよい。前記リソース割り当て手段は最終ユーザのサービス品質（QoS: quality of service）を最適化することができる。前記無線通信媒体は、無線周波数（ＲＦ）通信媒体；ケーブル通信媒体；および衛星通信媒体；の中の一つ以上から構成されることができる。前記無線通信媒体が、時分割多重アクセス（TDMA）アクセス方法；時分割多重アクセス／時分割二重（TDMA/TDD）アクセス方法；符号化分割多重アクセス（CDMA）アクセス方法；および周波数分割多重アクセス（FDMA）アクセス方法；の中の一つ以上の方法を含むことができる。
【００１６】  前記第一データネットワークは、有線ネットワーク；無線ネットワーク；ローカルエリアネットワーク（LAN）；およびワイドエリアネットワーク（WAN）；の中の一つ以上から構成されることができる。
【００１７】  システムは前記加入者CPE局間に共有帯域幅を割り当てるリソースアロケータを備えることができる。前記リソースアロケータは最終ユーザのサービス品質（QoS: quality of service）を最適化する。前記リソースアロケータはアプリケーションを感知する。
【００１８】  本発明はサービス品質（ＱｏＳ）感知型、無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに関する。システムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment )局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、加入者局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て装置と、から構成される。リソース割り当ては最終ユーザＱｏＳを最適化するために実行する。
【００１９】  リソース割り当て手段は、前記共有帯域幅を介してIPフローを分析し、スケジューリングするアナライザとスケジューラを備え、前記IPフローは、送信制御プロトコル／インターネットプロトコル（TCP/IP）フロー、およびユーザデータグラムプロトコル／インターネットプロトコル(UDP/IP)フロー、のいずれか一つ以上を含む。
【００２０】  前記アナライザと前記スケジューラは、前記IPフローを識別する識別要素と、前記IPフローを特徴付ける特徴付け要素と、前記IPフローをクラス分けするクラス分け要素と、を備え、前記アナライザとスケジューラは前記IPフローに優先度を付ける優先度付け要素とを備えることができる。
【００２１】  前記識別要素は、パケットヘッダフィールドを分析する分析装置と、新しいIPフローと既存のIPフローを識別する識別要素と、を備える。前記アナライザは、前記IPフローのパケットをバッファするバッファと、前記パケット一つずつのパケットヘッダフィールドからデータを抽出するデータ抽出装置と、前記パケットヘッダフィールドを分析するパケットヘッダフィールド分析装置と、を備える。前記データ抽出装置は、前記IPフローのパケットのバージョンがIPv.4またはIPv6かを判定する手段と、前記パケットを解析する手段と、を備えることができる。前記パケットヘッダフィールドアナライザは、送信元アプリケーションタイプを判断する判断手段を備え、送信元アプリケーションパケットヘッダテーブルから送信元アドレスについて送信元アプリケーションを保存し、取り出す手段；サービスタイプ(TOS：type of service)パケットヘッダフィールドから送信元アプリケーションを判断する手段；差別化サービス（DiffServ：differentiated services）パケットヘッダフィールドから送信元アプリケーションを判断する手段；の中の一つ以上から構成されることができる。
【００２２】  前記特徴付け要素は、パケットの存在時間がしきい値時間を超えている否かを判断する存在時間判断手段と、前記パケットの前記存在時間に基づいてクライアントアプリケーションIPフローの破棄を予想する手段と、前記新しいIPフローのQoS要件を判断するQoS判断手段と、前記新しいIPフローに関連する前記加入者CPE局の加入者識別を判断する手段と、を備えるととができる。
【００２３】  前記生存時間判断手段は、有効期限（TTL：time to live）パケットヘッダフィールドを分析して前記パケットの存在時間を判断する手段を備え、前記QoS判断手段は、送信元アドレス；送信先アドレス；UDPポート番号；の中の一つ以上に基づいて前記QoS要件を判断する。前記QoS判断手段は、IPフローQoS要件テーブルからIPフローのQoS要件を保存および取り出す手段を備えることができる。
【００２４】  前記クラス分け要素は、前記IPフローと既存のIPフローのパケットを関連付ける手段を備えることができる。前記クラス分け要素は、前記新しいIPフローの前記パケットをQoSクラスグルーピングにクラス分けするクラス分け手段を備えることができる。
【００２５】  前記クラス分け手段は、前記IPフローのQoSクラスグルーピングを判断し、考慮する手段を備えることができる。前記クラス分け手段は、前記IPフローに関するオプションの差別化サービス（DiffServ：differentiated services）フィールド優先度マーキングを考慮する手段を備えることができる。前記クラス分け手段は、前記IPフローに関するオプションのサービスタイプ（TOS：type of service）フィールド優先度マーキングを考慮する手段を備えることができる。
前記優先度付け器は、前記IPフローに関する階層的クラスに基づいた優先度（HCBPs：hierarchical class based priorities）を考慮する手段を備えることができる。前記優先度付け器は、前記IPフローに関する仮想プライベートネットワーク（VPN：virtual private network）優先度を考慮する手段を備えることができる。前記優先度付け器は、前記IPフローに関するサービスレベル契約（SLA：service level agreement）に基づいた優先度を考慮する手段を備えることができる。前記優先度付け要素は、前記IPフローに関するサービスタイプ（TOS：type ofservice）優先度を考慮する手段を備えることができる。前記優先度付け器は、前記IPフローに関する差別化サービス（DiffServe：differentiated services）を考慮する手段を備えることができる。
【００２６】  本発明は、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て装置と、前記共有無線帯域幅を介したインターネットプロトコル（ＩＰ）フローを分析し、スケジューリングする手段と、を備え、前記分析する手段はＩＰフローを識別する識別手段を含む、パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに関する。
【００２７】  ＩＰフローは送信制御プロトコル／インターネットプロトコル（TCP/IP）フローであってもよい。ＩＰフローはまた、ユーザデータグラムプロトコル／インターネットプロトコル（UDP/IP）フローであってもよい。前記識別手段は、ＩＰフローの一つ以上のパケットヘッダフィールドを分析する手段と、新しいＩＰフローと既存のＩＰフローを識別する手段を含むことができる。
【００２８】  前記分析手段は、前記加入者CPE局から前記無線基地局へのアップリンク無線接続用に前記加入者CPE局に位置することができる。前記識別手段は、前記加入者CPE局から前記無線基地局へのアップリンク無線接続用に前記加入者CPE局に位置することができる。
【００２９】  前記分析手段は、前記無線基地局から前記加入者CPE局へのダウンリンク無線接続用に前無線基地局に位置することができる。前記識別手段は、前記無線基地局から前記加入者CPE局へのダウンリンク無線接続用に前無線基地局に位置することができる。
【００３０】  パケットヘッダフィールドを分析する手段は、前記IPフローのパケットをバッファする手段と、前記パケットごとのパケットヘッダフィールドからデータを抽出する抽出手段と、前記パケットヘッダフィールドを分析する手段と、を備えることができる。前記抽出手段は、前記パケットのバージョンがIPv.4またはIPv6かを判定する手段と、前記IPフローの前記パケットヘッダフィールドを解析する手段と、を備えることができる。
【００３１】  前記分析手段は、送信元アプリケーションタイプを判断する判断手段を備ええることができ、前記判断手段は、送信元アプリケーションタイプを送信元アプリケーションパケットヘッダテーブルに保存、または送信元アプリケーションパケットヘッダテーブルから取り出す手段と、送信元アプリケーションをサービスタイプ(TOS：type of service)パケットヘッダフィールドから判断する手段と、を備えることができる。
【００３２】  本発明は、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て装置と、前記共有無線帯域幅を介したインターネットプロトコル（ＩＰ）フローを分析し、スケジューリングする手段と、を備えたパケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに関する。前記分析する手段はＩＰフローを特徴付ける特徴付け手段を含む。
【００３３】  前記特徴付け手段は、パケットの存在時間がしきい値時間を超えている否かを判断する存在時間判断手段を含むことができる。前記存在時間判断手段は、前記パケットを判断するために有効期限（TTL：time to live）パケットヘッダフィールドを分析する手段、または前記パケットの存在時間に基づいてアプリケーションIPフローの破棄を予想する手段を備えることができる。
【００３４】  前記特徴付け手段は、前記IPフローが新しいIPP前記フローの場合、前記IPフローのQoS要件を判断するQoS判断手段を備えることができる。前記特徴付け手段は、前記IPフローが新しいIPP前記フローの場合、前記IPフローに関連する前記加入者CPE局の加入者CPE識別を判断する手段を備えることができる。前記QoS判断手段は、送信元アドレス；送信先アドレス；UDPポート番号；の中の一つ以上に基づいて前記QoS要件を判断する手段を備えることができる。前記QoS判断手段は、IPフローQoS要件テーブルからIPフローのQoS要件を保存および取り出す手段を備えることができる。
【００３５】  本発明は、無線電気通信システムで使用するＩＰフロークラス分けシステムに関する。より詳細には、パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムでＩＰフローをグループ分けする、ＩＰフロークラス分けシステムに関する。
【００３６】  前記クラス分けシステムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て装置と、前記共有無線帯域幅を介したインターネットプロトコル（ＩＰ）フローを分析し、スケジューリングする手段と、を含む。前記分析する手段はＩＰフローをクラス分けするクラス分け要素を含む。
【００３７】  一つの実施例で、前記クラス分け要素は、前記IPフローと既存のIPフローのパケットを関連付ける手段を備える。前記クラス分け要素は、新しいIPフローのパケットをQoSクラスグルーピングにグループ分けするQoSグルーピング装置を備えることができる。前記QoSグルーピング装置は、前記IPフローのQoSクラスグルーピングを判断し、考慮する手段を備えることができる。前記QoSグルーピング装置は、前記IPフローに関するオプションの差別化サービス（DiffServ：differentiated services）フィールド優先度マーキングを考慮するオプションの差別化サービス（DiffServ：differentiated services）装置を備えることができる。前記QoSグルーピング装置は、前記IPフローに関するオプションのサービスタイプ（TOS：type of service）フィールド優先度マーキングを考慮するオプションのサービスタイプ（TOS：type of service）装置を備えることができる。
【００３８】  本発明は、無線電気通信システムで使用するＩＰフロー優先度付けシステムに関する。前記システムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て装置と、前記リソース割り当て装置に接続したＩＰ（インターネットプロトコル）フローを分析するＩＰフローアナライザと、前記共有無線帯域幅をスケジューリングするＩＰフロースケジューラと、を含み、前記ＩＰフロースケジューラはＩＰフロー優先度付け要素を提供する。
【００３９】  本発明の一つの実施例では、前記優先度付け要素は、前記IPフローのHCBP（hierarchical class based priorities：階層的クラスに基づいた優先度）優先度に基づいて前記IPフローに優先度を付けるHCBP優先度付け要素を備えることができる。本発明のある実施例では、前記HCBP優先度付け要素は、前記HCBP優先度一つ一つに限度を確立するクラスに基づいた優先度限界を備えることができる。
【００４０】  本発明のある実施例では、前記優先度付け器は、VPN（virtual private network：仮想プライベートネットワーク）である送信元に基づいて前記IPフローを優先度付けする仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）優先度付け器を備えることができる。本発明の一つの実施例では、前記仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）優先度付け器は、前記VPN IPフローのすべてに高い優先度を付けることができる。本発明の別の実施例では、前記仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）優先度付け器は、特定のIPフロータイプのVPNフロー；およびVPNタイプからのVPN IPフロー；の一つ以上に高い優先度を付けることができる。本発明の一つの実施例では、前記VPNタイプは、DEN (directory enabled networking)テーブル管理スキームタイプ(table management scheme type)を含むことができる。
【００４１】  本発明の一つの実施例では、前記優先度付け器は、前記IPフローの加入者送信元のSLAレベルに基づいて前記IPフローに優先度を付けるサービスレベル契約（SLA：service level agreement）ベース優先度付け要素を備えることができる。本発明のある実施例では、前記SLAレベルは、例えばプレミアムレベル、スタンダードレベル、およびバリューレベルを含む。本発明のある実施例では、
【００４２】  前記優先度付け装置は、前記IPフローのパケットのTOSマーキングに基づいて前記IPフローを優先度付けするサービスタイプ（TOS：type of service）優先度付け要素を備えることができる。
【００４３】  本発明のある実施例では、前記優先度付け要素は、前記IPフローのパケットのDiffservマーキングに基づいて前記IPフローを優先度付けする差別化サービス（DiffServ：differentiated services）優先度付け要素を備えることができる。
【００４４】  本発明のある実施例では、前記優先度付け要素は、前記IPフロー優先度に基づいて予約ポリシー限度を設定する、共有帯域幅の公平な分配を保証する均等化優先度（WFP：weighted fair priority）優先度付け要素を備えることができる。
【００４５】  本発明は、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て手段（manner）と、前記共有無線帯域幅を介したインターネットプロトコル（ＩＰ）フローを分析し、スケジューリングする手段（manner）と、を備え、前記分析する手段はＩＰフローをSLA加入者のサービスレベル契約（ＳＬＡ）の優先度に基づいて優先度付けする手段（way）を含む、パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに関する。
【００４６】  前記システムの代替機能は、ＩＰフローのＳＬＡを分析する手段（way）と、一つ以上の加入者定義パラメータに基づいてＩＰフローを優先度付けする手段（way）を含む。ＳＬＡレベルは、プレミアムサービスレベル、ノーマルサービスレベル、バリューサービスレベルを含むことができる。システムは、各種のＳＬＡレベルを使用して（１）ＳＬＡ加入者間のトラフィックレート、（２）ＳＬＡ加入者間のネットワーク使用可能性、（３）ＳＬＡ加入者のそれぞれの帯域幅、（４）ＳＬＡ加入者のエラーレート、（５）ＳＬＡ加入者の待ち時間（latency）保証、（６）ＳＬＡ加入者のジッター保証を差別化することができる。
【００４７】  第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て手段（manner）と、前記共有無線帯域幅を介したインターネットプロトコル（ＩＰ）フローを分析し、スケジューリングする手段（manner）と、を備え、前記分析する手段はＩＰフローをSLA加入者のサービスレベル契約（ＳＬＡ）の優先度に基づいて優先度付けするステップを含む、パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに使用するスケジューリング方法もまた開示される。
【００４８】  一つの実施例で前記方法はまた、フローのＳＬＡの分析を含んでもよい。さらに他の実施例ではＩＰフローを一つ以上の加入者定義パラメータに基づいて優先度付けするステップを含む。前記方法はまた、プレミアムサービスレベルに優先度付けするステップと、ノーマルサービスレベルに優先度付けするステップと、バリューサービスレベルに優先度付けするステップとを含んでもよい。
【００４９】  本発明は、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て装置と、から構成されるサービス品質（ＱｏＳ）感知型、無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに関する。
【００５０】  前記リソース割り当て装置は、前記無線媒体を介して送信する送信フレームのデータパケットに送信フレームの未来スロットを割り当てる割り当て手段を備えることができる。前記割り当て手段は、事前予約アルゴリズムを適用する手段と、前記事前予約アルゴリズムに基づいて未来送信フレームのインターネットプロトコル（IP）フローの第一データパケットについて第一スロットを予約する第一予約手段と、前記事前予約アルゴリズムに基づいて前記未来送信フレームに時間的に後続の送信フレームの前記IPフローの第二データパケットについて第二スロットを予約する第二予約手段と、を備えることができ、前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されるのと等時に、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置される。
一つの実施例では、前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されることと、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置されることとの間に周期的な変動がある。他の実施例では、前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されることと、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置されることとの間に非周期的な変動がある。
【００５１】  前記リソース割り当て装置は、前記IPフローに関する階層的クラスに基づいた優先度（HCBPs：hierarchical class based priorities）を示す手段を備ることができる。前記リソース割り当て装置は、前記IPフローに関する仮想プライベートネットワーク（VPN：virtual private network）優先度を考慮する手段を備えることができる。前記リソース割り当て装置は、前記IPフローに関するサービスレベル契約（SLA：service level agreement）に基づいた優先度を考慮する手段を備えることができる。前記リソース割り当て装置は、前記IPフローに関するサービスタイプ（type of service）優先度を考慮する手段を備えることができる。前記リソース割り当て装置は、前記IPフローに関する差別化サービス（DiffServe：differentiated services）を考慮する手段を備えることができる。
【００５２】  本発明は、優れたサービス品質を有した無線電気通信ネットワークを提供する。無線電気通信ネットワークシステムを介して送信する送信フレームのデータパケットに送信フレームの未来スロットを割り当てる方法は、事前予約アルゴリズムを適用するステップと、前記事前予約アルゴリズムに基づいて未来送信フレームのインターネットプロトコル（IP）フローの第一データパケットについて第一スロットを予約するステップと、前記事前予約アルゴリズムに基づいて前記未来送信フレームに時間的に後続の送信フレームの前記IPフローの第二データパケットについて第二スロットを予約するステップと、を備え、前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されるのと等時に、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置される。
【００５３】  一つの実施例では、前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されることと、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置されることとの間に周期的な変動がある。別の実施例では、前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されることと、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置されることとの間に非周期的な変動がある。
【００５４】  前記事前予約アルゴリズムは、前記IPフローがジッター感知型であるかどうかを判断する。
【００５５】  等時データパケットを電気通信システムに提供する。電気通信システムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て手段と、から構成され、事前予約アルゴリズムをインターネットプロトコル（ＩＰ）フローに適用して、前記アルゴリズムに基づいてＩＰフローの後続の一つ以上の未来送信フレームに後続のスロットを等時的な方法で予約する。前記後続のスロットの後続の予約の間に周期的な変動があってもなくてもよく、前記アルゴリズムはＩＰフローがジッター感知型であるかないかを判断する。
【００５６】  無線媒体を介して送信する送信フレームのデータパケットに送信フレームの未来スロットを割り当てるシステムは、事前予約アルゴリズムを適用する手段と、前記アルゴリズムに基づいて前記未来送信フレームのインターネットプロトコル（IP）フローの第一データパケットについて第一スロットを予約する手段と、前記アルゴリズムに基づいて前記未来送信フレームに時間的に後続の送信フレームの前記IPフローの第二データパケットについて第二スロットを予約する手段と、を備え、前記第一データパケットが前記第一スロットに配置されるのと等時（isochronous）に、前記第二データパケットが前記第二スロットに配置される。配置は周期的であってもなくてもよい。前記事前予約アルゴリズムを使用してＩＰフローがジッター感知型であるかないかを判断する。
【００５７】  システムは等時データパケットを電気通信システムに提供する。電気通信システムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て手段と、から構成され、システムは事前予約アルゴリズムをインターネットプロトコル（ＩＰ）フローに適用する手段と、前記アルゴリズムに基づいてＩＰフローの後続の一つ以上の未来送信フレームに後続のスロットを等時的な方法で予約する手段を含む。
前記後続のスロットの後続の予約の間に周期的な変動があってもなくてもよく、前記アルゴリズムはＩＰフローがジッター感知型であるかないかを判断する。
【００５８】  本発明は、優れたサービス品質を有した無線電気通信ネットワークを提供する。インターネットで優先度付けされたインターネットプロトコル（ＩＰ）フローを無線帯域幅リソース割り当てに変換するシステムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソースアロケータと、から構成される、無線ポイントツーマルチポイント（ＰｔＭＰ）送信システムを含み、ＩＰ優先度パケットヘッダのＩＰフロー識別情報を識別し、ＩＰフローをクラス分けするＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ／ＩＰフロー（ＩＰフロー）のアナライザと、ＩＰ優先度ヘッダ識別情報を考慮してＩＰフローを優先度付けするＩＰフロースケジューラと、を含む。
【００５９】  ＩＰ優先度パケットヘッダＩＰフロー識別情報は、ＩＰフローについてＱｏＳクラスグルーピングを判断し、考慮する手段を含む。ＩＰ優先度パケットヘッダＩＰフロー識別情報はまた、サービスタイプ（ＴＯＳ）フィールド優先度マーキングを考慮する。前記サービスタイプ（TOS）フィールド優先度マーキングはインターネット技術特別調査委員会（IETF）RFC1992b、およびIETF RFC1349と互換性がある。マーキングは、最小遅延マーキング、最大スループットマーキング、最大信頼度マーキング、最小金額的コストマーキング、および標準的サービスマーキングを含む。さらにシステムはＩＰフロー識別情報を処理して、インターネット技術特別調査委員会（IETF）RFC2474とIETF RFC2475と互換性のあるものなど、オプションの差別化サービス（DivffServ)フィールド優先度マーキングを考慮することができる。
【００６０】  一つの実施例では、ＩＰ優先度パケットヘッダＩＰフロー識別情報は、リソース予約プロトコル（RSVP）メッセージおよびオブジェクトを考慮する手段を備える。前記RSVPメッセージは、パスメッセージ（path message）；
【００６１】  予約(Reservation (Resv))；パスteardownメッセージ(path teardown message)；resv teardownメッセージ(resv teadown message)；パスエラーメッセージ(path error message)；および確認メッセージ(confirmation message)；を含むことができる。その他の前記RSVPプロトコルオブジェクトは、null；session；RSVP_hop；time_values；style；flowspec；sender_template
【００６２】  sender_Tspec；Adspec；Error_Spec；Policy_data；Integrity；Scopeh；およびResv_Confirm；を含むことができる。前記RSVPマーキングはインターネット技術特別調査委員会（IETF）RFC2205と互換性がある。
【００６３】  本発明は、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、最終ユーザのサービス品質（ＱｏＳ）を最適化し、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て手段と、前記共有無線帯域幅を介したインターネットプロトコル（ＩＰ）フローを分析し、スケジューリングする手段と、を備えたパケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに関する。
【００６４】  スケジューリング手段は、仮想プライベートネットワーク（VPN：virtual private network）優先度に基づいてＩＰフローの優先度付けをする優先度付け手段を含む。前記システムは、ＩＰフロー、またはすべてのＶＰＮＩＰフローの仮想プライベートネットワーク（VPN：virtual private network）優先度を分析する手段と備えることがえきる。システムは、一つ以上の加入者定義パラメータに基づいてＩＰフローを優先度付けする手段を備えることができる。システムでは、ＶＰＮは  DEN (directory enabled networking)テーブル管理スキーム(table management scheme)を含むことができる。ＶＰＮはポイントツーポイントトンネリングプロトコル（ＰＰＴＰ）を使用して実行することができる。
【００６５】  さらに、上記を実行する方法が含まれる。
【００６６】  本発明は、パケット中心型無線ポイントツーポイント（ＰｔＰ）電気通信システムに関する。システムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、から構成される。前記パケット中心型プロトコルが送信制御プロトコル/インターネットプロトコル（TCP/IP）であってもよい。前記パケット中心型プロトコルはユーザダイアグラムプロトコル/インターネットプロトコル(UDP/IP)であってもよい。
【００６７】  システムは、前記加入者CPE局間に共有帯域幅を割り当てるリソース割り当て手段を備えることができる。前記リソース割り当て手段は最終ユーザのサービス品質（QoS: quality of service）を最適化することができる。
【００６８】  前記無線通信媒体は、無線周波数（ＲＦ）通信媒体；ケーブル通信媒体；および衛星通信媒体；の中の一つ以上から構成されることができる。前記無線通信媒体はまた、時分割多重アクセス（TDMA）アクセス方法；時分割多重アクセス／時分割二重（TDMA/TDD）アクセス方法；符号化分割多重アクセス（CDMA）アクセス方法；および周波数分割多重アクセス（FDMA）アクセス方法；の中の一つ以上の方法を含む電気通信アクセス方法から構成されることができる。
【００６９】  前記第一データネットワークは、有線ネットワーク；無線ネットワーク；ローカルエリアネットワーク（LAN）；およびワイドエリアネットワーク（WAN）；の中の一つ以上から構成されることができる。
【００７０】  システムは、前記加入者CPE局間に共有帯域幅を割り当てるリソースアロケータを備ることができる。前記リソースアロケータは最終ユーザのサービス品質（QoS: quality of service）を最適化する。前記リソースアロケータはアプリケーションを感知することができる。
【００７１】  本発明は、第一データネットワークとパケット中心型プロトコルにより通信するケーブル無線基地局と、前記第一データネットワークと前記パケット中心型プロトコルにより通信する一つ以上のホストワークステーションと、同軸ケーブル通信媒体を介して前記パケット中心型プロトコルにより共有帯域幅を介して前記無線基地局と接続した一つ以上の加入者ＣＰＥ（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局とパケット中心型プロトコルにより接続した一つ以上の加入者ワークステーションと、から構成されるパケット中心型広帯域同軸ケーブルポイント電気通信システムに関する。前記パケット中心型プロトコルは送信制御プロトコル/インターネットプロトコル(TCP/IP)であってもよい。前記パケット中心型プロトコルはユーザダイアグラムプロトコル/インターネットプロトコル(UDP/IP)であってもよい。
【００７２】  システムは、前記加入者CPE局間に共有帯域幅を割り当てるケーブルリソースアロケータを備えることができる。前記リソースアロケータが最終ユーザのサービス品質（QoS: quality of service）を最適化することができる。前記同軸ケーブル通信媒体は、同軸ケーブルを介した無線周波数データ通信を含むことができ、一つ以上のケーブルモデムが前記媒体を介して送信される信号を変調および復調する。前記ケーブルモデムはDOC/SYS準拠であることができる。前記QoS最適化ケーブルリソースアロケータシステム(QoS optimized cable resource allocator system)は、IPフロー識別要素；IPフロー特徴付け要素；
【００７３】  IPフロークラス分け要素；およびIPフロー優先度付け要素；と、を含むことができる。
【００７４】  前記同軸ケーブル通信媒体は、時分割多重アクセス（TDMA）アクセス方法；時分割多重アクセス／時分割二重（TDMA/TDD）アクセス方法；符号化分割多重アクセス（CDMA）アクセス方法；および周波数分割多重アクセス（FDMA）アクセス方法；の中の一つ以上の方法を含む電気通信アクセス方法から構成されることができる。前記第一データネットワークは、有線ネットワーク；無線ネットワーク：ローカルエリアネットワーク（LAN）；およびワイドエリアネットワーク（WAN）；であってもよい。前記第二ネットワークは、有線ネットワーク；無線ネットワーク；ローカルエリアネットワーク（LAN）；およびワイドエリアネットワーク（WAN）；の中の一つ以上から構成されることができる。
【００７５】  前記リソースアロケータはアプリケーション感知型（application aware）であることができる。前記システムはポイントツーポイント（PtP）ネットワークであることができる。
【００７６】  本発明は、パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムに共有無線帯域幅を割り当てる方法に関する。前記方法は、無線基地局と、一つ以上の加入者CPE（顧客宅内装置：customer premise equipment ）局との間の前記共有帯域幅を割り当てるステップを含むことができる。前記方法は、前記共有帯域幅を動的に割り当てるステップを含むことができる。前記方法は、前記共有帯域幅を、（１）前記共有帯域幅の前記フレームを前記加入者CPE局から前記無線基地局へのアップリンク方向に割り当てるステップ、または（２）前記共有帯域幅の前記フレームを前記無線基地局から前記加入者CPE局へのダウンリンク方向に割り当てるステップなどにより、フレームごとに共有帯域幅を割り当てるステップを含むことができる。
【００７７】  前記方法はさらに、前記共有帯域幅をフレーム内のサブフレームごとに割り当てるステップを含むことができる、すなわち前記共有帯域幅の前記サブフレームを前記加入者CPE局から前記無線基地局へのアップリンク方向に割り当てるステップ、前記共有帯域幅の前記サブフレームを前記無線基地局から前記加入者CPE局へのダウンリンク方向に割り当てるステップを含むことができる。
【００７８】  一つの実施例では、前記方法は、前記共有帯域幅をフレーム内のスロットごとに割り当てるステップを含むことができ、すなわち、前記共有帯域幅の前記スロットを前記加入者CPE局から前記無線基地局へのアップリンク方向に割り当てるステップ、前記共有帯域幅の前記スロットを前記無線基地局から前記加入者ＣＰＥ局へのダウンリンク方向に割り当てるステップを含むことができる。
【００７９】  一つの実施例では、前記共有帯域幅をフレーム内のサブスロットごとに割り当てるステップを含むことができ、すなわち、前記共有帯域幅の前記サブスロットを前記加入者CPE局から前記無線基地局へのアップリンク方向に割り当てるステップ、前記共有帯域幅の前記サブスロットを前記無線基地局から前記加入者CPE局へのダウンリンク方向に割り当てるステップを含むことができる。
【００８０】  前記方法は、前記共有帯域幅を一つ以上の制御パケットに割り当てるステップを含むことができる。前記方法は、ダウンストリーム肯定応答スロットを割り当てるステップ；予約要求スロットを割り当てるステップ；動作データ（operations data）スロットを割り当てるステップ；アップストリーム肯定応答スロットを割り当てるステップ；肯定応答要求スロットを割り当てるステップ；フレーム記述子を割り当てるステップ；および；コマンドおよび制御スロットを割り当てるステップを含むことができる。
【００８１】  前記方法は、共有帯域幅を一つ以上のデータパケットに割り当てるステップを含むことができる。前記方法は、前記共有帯域幅をアップリンク方向に割り当てるステップ；および前記共有帯域幅をダウンリンク方向に割り当てるステップ；を含むことができる。
【００８２】  本発明は、電気通信システムにサービス品質（ＱｏＳ）感知型、無線ポイントツーマルチポイント電気通信を提供する方法に関する。電気通信システムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションとから構成される。
【００８３】  本発明の方法は、前記共有帯域幅を、最終ユーザのQoSを最適化する方法で前記加入者CPE局間に割り当てるステップを含むことができる。
【００８４】  前記方法は、前記共有無線帯域幅を介してIPフローを分析し、スケジューリングするステップを含む。これは前記IPフローを識別するステップと、
【００８５】  前記IPフローを特徴付けるステップと、前記IPフローをクラス分けするステップと、前記IPフローに優先度を付けるステップと、を含む。
【００８６】  前記識別ステップは、パケットヘッダフィールドを分析するステップと、新しいIPフローと既存のIPフローを識別するステップと、を備えることができる。これは、前記IPフローのパケットをバッファするステップと、前記パケット一つずつのパケットヘッダフィールドからデータを抽出するステップと、前記パケットヘッダフィールドを分析するステップと、を備える。これはまた、前記IPフローのパケットのバージョンがIPv.4またはIPv6かを判定するステップと、前記パケットを解析する手段と、を備える。これはまた、送信元アプリケーションタイプを判断するステップを含み、送信元アプリケーションパケットヘッダテーブルから送信元アドレスについて送信元アプリケーションを保存し、取り出すステップ；サービスタイプ(TOS：type of service)パケットヘッダフィールドから送信元アプリケーションを判断するステップ；差別化サービス（DiffServ：differentiated services）パケットヘッダフィールドから送信元アプリケーションを判断するステップ；の中の一つ以上から構成される。前記識別するステップはまた、既存のIPフローをIPフロー識別データテーブルに保存、またはIPフロー識別データテーブルから取り出すステップを備えることができる。
【００８７】  前記方法はまた、パケットの存在時間がしきい値時間を超えている否かを判断するステップと、前記パケットの前記存在時間に基づいてクライアントアプリケーションIPフローの破棄を予想するステップと、前記新しいＩＰフローのQoS要件を判断するステップと、前記新しいIPフローに関連する前記加入者CPE局の加入者識別を判断するステップと、を備えることができる。これは、有効期限（TTL：time to live）パケットヘッダフィールドを分析して前記パケットの存在時間を判断する。
【００８８】  前記方法はまた、送信元アドレス；送信先アドレス；UDPポート番号；の中の一つ以上に基づいて前記新しいIPフローのQoS要件を判断するステップを備えたることができる。
本方法はまた、前記新しいIPフローの前記パケットをQosクラスグルーピングにクラス分けするステップを備えることができる。これは、前記IPフローのQoSクラスグルーピングを判断し、考慮するステップ、前記IPフローに関するオプションの差別化サービス（DiffServ：differentiated services）フィールド優先度マーキングを考慮するステップ、前記IPフローに関するオプションのサービスタイプ（TOS：type of service）フィールド優先度マーキングを考慮するステップ、前記IPフローに関する階層的クラスに基づいた優先度（HCBPs：hierarchical class based priorities）を考慮するステップ、前記IPフローに関する仮想プライベートネットワーク（VPN：virtual private network）優先度を考慮するステップ、前記IPフローに関するサービスレベル契約（SLA：service level agreement）に基づいた優先度を考慮するステップ、前記IPフローに関するサービスタイプ（TOS：type of service）優先度を考慮するステップ、前記IPフローに関する差別化サービス（DiffServe：differentiated services）を考慮するステップ、SLA加入者のサービスレベル契約（SLA：service level agreement）優先度に基づいて前記IPフローに優先度を付けるステップ、前記IPフローの前記SLAを分析するステップ、を含むことができる。
【００８９】  本発明は、無線ポイントツーマルチポイント（ＰｔＭＰ）送信システムで差別化サービス（DiffServe：differentiated services）マーキングをされたＩＰフローを、サービス品質（ＱｏＳ）優先度に組み込む方法に関する。前記システムは、第一データネットワークに接続した無線基地局と、第一データネットワークに接続した一つ以上のホストワークステーションと、パケット中心型プロトコルにより共有帯域を介して無線基地局と無線通信を行う一つ以上のＣＰＥ局と、第二ネットワークを介して各加入者ＣＰＥ局と接続された一つ以上の加入者ワークステーションと、加入者ＣＰＥ局間に共有帯域幅を割り当てるリソースアロケータと、から構成される。本発明の方法は、差別化サービス（DiffServ：differentiated services）マーキングについてIPフローを分析するステップ、DiffServマーキングを考慮してＩＰフローをスケジューリングするステップを含む。
【００９０】  IPフローは、送信制御プロトコル/インターネットプロトコル(TCP/IP)、およびユーザダイアグラムプロトコル/インターネットプロトコル(UDP/IP)の中の一つ以上を含むことができる。前記分析するステップは、DiffServマーキングを有したＩＰフローを識別し、DiffServマーキングを有したＩＰフローを特徴付け、DiffServマーキングを有したIPフローをクラス分けするステップを含むことができる。前記スケジューリングするステップは、DiffServマーキングおよびＩＰ優先度ヘッダ識別情報を考慮してＩＰフローを優先度付けするステップを含むことができる。前記優先度付けするステップは、均等化優先度（WFP：weighted fair priority）を含むことができる。
【００９１】  前記優先度付けするステップは、IPフロー階層クラスによる優先度に基づいて優先度付けするステップ；サービスレベル契約（SLA）クラス優先度に基づいて優先度付けするステップ；仮想プライベートネットワーク（VPN：virtual private network）加入者に基づいて優先度付けするステップ；仮想プライベートネットワーク（VPN：virtual private network）加入者クラス優先度に基づいて優先度付けするステップ；の中の一つ以上のステップを備えることができる。
【００９２】  前記識別ステップは、前記IPフローの一つ以上のパケットヘッダフィールドを分析するステップ；新しいIPフローと既存のIPフローを識別するステップ：の中の一つ以上のステップを備えることができる。前記パケットヘッダフィールドを分析するステップは、前記IPフローのパケットをバッファするステップ；前記パケット一つずつのパケットヘッダフィールドから識別情報を抽出するステップ；前記パケットヘッダフィールドから前記識別情報を分析するステップ；の中の一つ以上のステップを備えることができる。前記抽出ステップは、前記パケットのバージョンがIPv.4またはIPv6かを判定するステップと、前記IPフローの前記パケットヘッダフィールドを解析するステップと、を備えることができる。前記分析ステップは、送信元アプリケーションタイプを判断するステップを備えることができる。
前記分析ステップは、差別化サービス（DiffServ：differentiated services）フィールド優先度マーキングを考慮するステップを備えることができる。前記DiffServフィールド優先度マーキングは、インターネット技術特別調査委員会（IETF）RFC2474と互換性を持つことができる。前記DiffServフィールド優先度マーキングは、インターネット技術特別調査委員会（IETF）RFC2475と互換性を持つことができる。
【００９３】  前記クラス分けステップは、前記IPフローと既存のIPフローのパケットを関連付けるステップを備えることができる。前記クラス分けステップは、新しいIPフローのパケットをQoS優先度クラスにグループ分けするグループ分けステップを備えることができる。前記グループ分けステップは、前記IPフローに関するDiffServマーキングを考慮するステップを備えることができる。前記優先度付けステップは、前記IPフローに関するDiffServマーキングを考慮するステップを備えることができる。
【００９４】    （発明の実施の形態）
VII.  環境の例
【００９５】  本発明を環境の例を用いて説明する。この環境の例では、固定無線ポイントツーマルチポイント（ＰｔＭＰ）接続を使用して、例えば、電気通信事業者から受信したIP電話、ビデオ、データ、などのパケット化されたデータ情報を送信する。本書で言及する電気通信事業者は、ＩＬＥＣ、ＣＬＥＣ、ＩＸＣ、ＮＧＴ、ＥＳＰ（拡張サービスプロバイダ）などの米国内事業者（後述の「定義」を参照）だけでなく、当業者には既知のＰＴＴ、ＮＥなどの国際事業者を含むことができる。さらに、本書で言及する電気通信システムは、ＩＬＥＣ、ＣＬＥＣ、ＩＸＣ、ＥＳＰ（拡張サービスプロバイダ）などの事業者が使用する国内システムだけでなく、当業者には既知のグローバルシステムを含むことができる。
【００９６】  好ましい実施例では、トラフィックはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）接続から着信する。データトラフィックは、データネットワークからネットワークルータを介して受信され、インターネットプロトコル（ＩＰ）フォーマットから、例えばポイントツーポイントプロトコル（ＰＰＰ）に復調することができる。ネットワークルータは、例えば、ルーティングソフトウェアを作動するＳＵＮワークステーションなどの汎用コンピュータ、またはＣＩＳＣＯ社（San Jose, CA）、ＡＳＣＥＮＤ社（Alameda, CA）、ＮＥＴＯＰＩＡ社（Alameda, CA）、３ＣＯＭ社（Santa, Clara）などの各種モデルの専用ルーティング装置を含むことができる。
【００９７】  代替の実施例では、ポイントツーポイントトンネリングプロトコル（ＰＰＴＰ）などの仮想プライベートネットワーキングプロトコルを使用して、遠隔のユーザと企業のデータネットワークの間に「トンネル」を生成することができる。トンネルは、ネットワーク管理者に、仮想プライベートネットワーク（例：インターネット）をサーバ（例：Windows NTサーバ）からデータネットワークに拡張することを可能にする。
【００９８】  本発明は、ここに環境の例を用いて説明するが、本書の記載は本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するものではない。事実、本書の説明を読んだ読者には、本発明を代替の環境で実施する方法が明らかになる。
ＶＩＩＩ．定義
【００９９】  下記の表１に一般的な電気通信用語を定義する。定義された用語は以後、本発明の記載で使用される。
【表１】
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ＩＸ．導入
Ａ．  無線環境のサービス品質（QoS）
【０１００】  サービス品質(QoS)の概念はデータネットワーキングにおいて最も難しく、理解しがたいトピックの一つである。データネットワーキングで一般的に使用される用語ではあるが、QoSには多くの異なった用途と定義があり、厳密、すなわち量的な意味では混乱している。装置またはネットワークの性能を比較できるように、QoSを数値的に測定、または特定しようと試みると、さらに混乱が生じる。
【０１０１】  一般的なデータネットワーキングのQoSに関する混乱は、無線データ通信でも同様であり、さらに大きくなっている。無線送信は有線送信よりも固有のBER(ビットエラーレート：Bit Error Rate)が高い。複数ユーザが無線媒体を共有するPtMP(ポイントツーマルチポイント)トポロジーを追加する場合、無線データ通信の複数の複雑な要因を明確に扱えるようにQoSを定義することが好ましい。
【０１０２】  無線データ通信に適用するQoSを明瞭に定義するため、QoSが解決する必要のある問題の性質を知ることは有益である。無線を介したデータ通信の問題の中には有線データ通信と共有するものもいくつかあるが、多くは無線データ通信特有のものであり、有線データ通信の問題よりもはっきりしている。無線広帯域アクセスシステムでは、高品質な伝送の問題は、有線アナログの場合よりも若干複雑である。有線通信の場合のように、無線データ伝送が遭遇する問題には、例えば、周辺装置へのアクセスが遅い、データエラー、「ドロップアウト」、不要な再送、トラフィックの輻輳、順序外データパケット、待ち時間、およびジッターなどがある。これらの問題の他にも、無線伝送には、例えば、固有の高いBER（ビットエラーレート）、帯域幅の制限、ユーザの競合、無線障害、TCPトラフィックレート管理などがある。QoS感知型無線システムはこれらすべての問題に対処することが好ましい。
【０１０３】  データネットワークのユーザまたは加入者はいくつかの方法で困難に遭遇する。ネットワークの困難の一つはネットワークの利用可能性の不足にある。使用するアクセス技術に応じて、これには「モデムが応答しない」状態、「ネットワークがビジー」状態、またはネットワーク接続が予期せずに突然「切断される」ことなどが含まれる。このような状態ではQoSが高いとはいうことができない。ネットワークの接続が確立したら、輻輳、ローカルアクセスのボトルネック、ネットワークの障害によりトラフィックが遅くなることは、ウェブページの読み込みが遅い、ファイルの転送が遅い、またはマルチメディアアプリケーションのストリーミングで音声／ビデオの品質が劣化するなどで経験することができる。マルチメディアアプリケーションのストリーミングの品質の劣化は、高い「ジッター」、または待ち時間の大幅で急激な変動により発生することがあり、セッションが中断したり、歪んだり、または終了したりすることがある。様々な状態が原因となってデータエラーが発生し、スプレッドシートの転送などのような場合では破局的なエラーとなることもある。このようなデータ通信ネットワークの問題は最小限にするか、または解消することが望ましい。
１．品質
【０１０４】  データネットワークにおいて、品質とは通常、データを信頼性をもって適時に伝送する処理を示唆している。信頼性をもって適時にとは、扱うトラフィックの性質により異なる。これらの用語はデータ損失の限界、データ精度の見込み、データ待ち時間の変動の限界（ジッターと呼ばれる）、データ再送の限界、データパケット順序の反転の限界との関連を含むこともある。したがって、QoSとは複雑な概念であるため、それを実施するための複雑な機構も必要になることがある。
【０１０５】  QoSは相対的な用語であり、ユーザによって異なった意味を持つ。ウェブのブラウジングを時折行うが、ＦＴＰ（ファイルトランスポートプロトコル）ファイルダウンロードやリアルタイムマルチメディアセッションを行わない一時ユーザと、大きなデータベースまたは金融ファイルのＦＴＰファイルダウンロードを何度も行い、H.323ビデオ会議やＩＰ電話を頻繁に利用するパワーユーザとではQoSの定義は異なってくる。また、ユーザは、ネットワークの利用度が高く、待ち時間が少なく、ジッターの低いプレミアム料金（いわゆる、SLA: Service Level Agreement）を支払うことができるが、一方で、他のユーザは時折、週末にウェブサーフィンを行うだけの低料金を支払うこともできる。このため、特定のユーザにとって最も重要なネットワーク性能、およびユーザのSLAにより定義される連続したQoSを理解することが最善であると考えられる。最終ユーザの利便性を最大にすることが、無線QoSを提供する基本的な要件である。
２．サービス
【０１０６】  データネットワーキングで、サービスとは、ネットワークのある端から他の端への接続のタイプと定義される。以前はこの他に、IBM社のSNA（システムネットワークアーキテクチャ）、Novell社のIPX、Digital社のDECnetなど、プロトコル別に定義されることもあった。しかしながら、TCP./IP（すなわちユーザデータグラムプロトコル(UDP)）がプロトコルとして選択され、利用するユーザの数が圧倒的に多くなっている。今後もこの傾向は続くと予想される。このため、サービスは特定のTCP/IP接続または送信のタイプについて定義することができる。このサービスのタイプとは例えば、FTPファイル転送、e-メールトラフィック、HTTP（ハイパーテキストトランスポートプロトコル）トラフィック、H.323ビデオ会議セッションなどを含むことができる。QoSメカニズムが、前述の様々な品質のタイプとともに、これらの各種のサービスのタイプを扱うことが望ましい。
３．機構としてのQoS
【０１０７】  QoSとは、乏しいネットワーキング、送信および通信のリソースを、様々な異なったクラスのネットワークトラフィックに適当な優先レベルを付けて選択的に割り当てるメカニズムであると考えることができる。QoSメカニズムが与えられたインスタント（instant：短い時間）の中で、データトラフィックの性質、ユーザの要求、ネットワークの条件、トラフィックの送信元および送信先の特性、それらすべてに応じて動作を修正することが理想である。しかしながら、究極的にはユーザがどのように定義しようとも、QoSメカニズムはユーザに最適なサービスを提供できるように作動することが好ましい。
ａ．回線交換型QoS
【０１０８】  電話会社による音声トラフィックに重点を置いて生成された従来のネットワークでは、データ送信は回線中心に定義されたQoSに基づいて実行された。この定義では、QoSとは、非同期（すなわち、共通のクロックを使用しない、開始および終了シーケンスによるデータ送信）、等時：isochronous（すなわち、時間感知型音声およびビデオ用ネットワーク帯域幅への一貫した適時アクセス）トラフィックを伝送する機能を示唆した。回線交換型QoSはエンドツーエンド回線を、音声（図１Ａを参照）またはデータ用の各接続またはサービス専用に割り当てることにより行われる。回線中心型QoSメカニズムは単純に、この回線をユーザが独占的に使用できるように提供するだけであった。もちろん、このアプローチは回線を、セッションのそれぞれのインスタントごとにデータが実際に送信されているか否かとは無関係に、セッションの全期間にわたり、回線、回線に関連するすべての送信チャネル、およびトランスポート媒体そのものをたった一人のユーザ専用に割り当てる。一般的に、本当のQoSはこの方法によってのみ実現されると信じられていた。したがって、無線広帯域アクセスシステム用のデザインは従来、用途とは無関係に、さらにデータが実際に一定の期間内に送信されたか否かとも無関係に、無線ラジオチャネルをそれぞれの特定のデータ接続専用に割り当てるというこのアプローチを使用してきた（図２Ａ参照）。このQoSに対する回線中心型アプローチは、装置の費用、送信媒体自体の利用率を鑑みると、実に膨大なものであった。
ｂ．非同期転送モード（ＡＴＭ）QoS
【０１０９】  電話会社は、従来の音声回路機構とに、ＡＴＭネットワーキングにより、ＰＶＣ（相手固定接続：permanent virtual connection）（すなわち、不特定のユーザに提供するＶＰＣ（virtual path connection）またはＶＣＣ（virtual channel connection））およびＳＶＣ（相手選択接続：switched virtual connection）（すなわち、最終ユーザまたは他のネットワークから受信した信号メッセージに基づく要求に応じて、ＡＴＭネットワークにより確立されるエンドポイント間の論理接続）を提供して行う、回線中心型QoSを継続することができる。しかしながら、ＶＢＲ（可変速度型：variable bit rate）、ＣＢＲ（固定速度型：constant bit rate）、ＵＢＲ（非保証速度型：unspecified bit rate）などに分類される新たなトラフィックを扱うためには、アドミッションポリシー、トラフィックシェーピングなどの新しい概念や、リーキーバケットなどの機構が必要とされている。
【０１１０】  仮想回線は、データの用途、またはデータが所定の期間で送信さているか否かに関わらず、データ送信セッションごとに確立される。ＡＴＭは広帯域ネットワークトラフィックにQoSを提供するが、ＡＴＭの基本的なデザインの前提に、BER特性の低い有線ネットワークは含まれているが、BER特性の高い無線媒体は含まれていない。ATMメカニズムが伝送するトラフィックの特性および無線固有の高いBERの特性を理解することなく、本当のQoSを提供することは不可能である。ATM QoSメカニズムは無線通信に関連する特有の課題を扱ってはいない。
ｃ．パケット交換型QoS
【０１１１】  パケット交換は革命的なデータ通信であり、従来の回線交換およびＡＴＭネットワーキングの概念、および従来のQoSメカニズムを新たなものとした。パケット交換型データ通信により、回線を特定のデータ通信セッション専用に割り当てることはできなくなった。実際、パケット交換回線の強みは、経路の柔軟さと、所定の物理ネットワークとの並列な関係である。したがって、QoSメカニズムは従来の回線中心型QoSメカニズムと同様には働かない。
【０１１２】  単純に「十分」な帯域幅を提供するだけでは、パケット交換型ネットワークで十分なQoSメカニズムとはらないし、無線広帯域アクセスシステムでも十分なQoSメカニズムとはならないことは自明である。ＩＰフローには「帯域幅感知型」なIPフローがあるが、また、待ち時間感知型および／またはジッター感知型なIPフローもある。コストから禁止されているとしても、単純に過剰な帯域幅を提供しても、リアルタイムまたはマルチメディアのフロー、およびアプリケーションの適時な動作を保証することはできない。QoSメカニズムは、IP中心型無線広帯域アクセスシステムの場合、トラフィックのフローごとに詳細な必要要件を認識し、それらのフローを最適な方法で伝送するために必要システムおよび媒体リソースを割り当てることが望ましい。
ｄ．要約 ― QoSメカニズム
【０１１３】  究極的には、最終ユーザの経験がQoSを最終的に評価する。IP中心型無線広帯域アクセスシステムが最終ユーザにとって最も使いやすくなるようにシステムおよび媒体を割り当て、規制する。ウェブページの最初の画面をダウンロードするようなアプリケーションの場合、データ送信速度がQoSの最大の目安となる。また、スプレッドシートのダウンロードやアップロードなどのアプリケーションの場合、送信エラーが最小であることがQoSの最大の目安となる。また、速度とエラーの両方を最適化することがQoSの最大の目安となるアプリケーションもある。パケットを適時に伝送することがQoSの最大の目安となるアプリケーションもある。ここで、高速データ送信とは必ずしもパケットを適時に伝送することとは限らないことに注意することが重要である。例えば、すでに「古くなりすぎた」データパケットを即座に送信しても、そのデータパケットはすでに古くなりすぎているため、ユーザはすでに必要としていないことがある。データそのものの用途と、最終ユーザが希望する利便性の性質がQoSメカニズムにとって最も信頼性のある基準を提供することができる。IP中心型無線広帯域アクセスシステムが、動的にシステム動作を個別のIPフロー一つ一つについて最適化し、ネットワークの負荷、輻輳、およびエラーレートの変化に適宜対応するQoSメカニズムを提供することが望ましい。
４．サービスの保証およびサービスレベル契約(SLA：Service Level Agreements)
【０１１４】  サービス保証を行うことができる。すなわち、ネットワークの利用可能性のレベルを指定し、指定されたレベルに基づいたアクセス料金を盛り込んだSLA（Service Level Agreement）を電気通信サービスプロバイダと加入者の間で取り決めることができる。残念ながら、所定の時間についてネットワークの利用可能性の程度を数値化することは難しいため、サービス性能の目安としては荒くなる。データ伝送速度、エラーレート、再送、待ち時間、およびジッターをネットワークの利用可能性の目安として使用することが望ましいが、それらの数量をリアルタイムで測定することは、通常のNSP (ネットワークサービスプロバイダ)の能力を超えている。
【０１１５】  ネットワークサービスプロバイダが望む他のサービスレベルの目安は、保証する個別のトラフィック速度、ネットワーク利用可能性、帯域幅、エラーレート、待ち時間、およびジッターを規定するSLA（サービスレベル契約）である。サービスプロバイダにとって多様なサービスを提供し、利幅を多様化できる可能性のある、SLAを提供可能なIP中心型無線広帯域アクセスシステムが望まれている。
５．サービスクラスとサービス品質
【０１１６】  実践的なQoSメカニズムを実施するためには、トラフィックのタイプまたはサービスのタイプを識別して、それらのタイプごとに異なったレベルのシステムリソースを割り当てることができるシステムが好ましい。従来から「サービスクラス」は、同等のシステムおよび媒体リソースを割り当てられ、処理されるトラフィックのタイプをグループ分けする手段として言及されてきた。
【０１１７】  現在、サービスクラスを識別するため、無線ネットワーク装置で使用可能な方法はいくつかある。方法の例として、トラフィックシェーピング、アドミッションコントロール、IPプレシデンス（IP precedence）、差別的輻輳管理（differential congestion management）などがあげられる。ＩＰ中心型無線広帯域アクセスシステムはこれらの方法すべてを利用してトラフィックをサービスクラスごとに差別化し、それらのサービスクラスをQoSマトリックスにマッピングして、QoSメカニズムの動作および管理を簡素化する。
Ｂ．QoSおよびIP中心型無線環境
【０１１８】  ポイントツーマルチポイント(PtMP)
【０１１９】  本発明に類似したポイントツーマルチポイント(PtMP)無線システムでは、QoSメカニズムは有線ネットワーキングを考慮するだけではなく、無線環境についても考慮することが望ましい。前述のように、無線固有のBERを処理することが望ましい。BERが高い場合は、エラー検知、エラー修正、および再送を効率的に行うことを要求することができる。BER処理メカニズムはまた、帯域幅利用率を不要に低下させることのないように、TCP／IPの再送アルゴリズムにより効率的に動作することが好ましい。もう一つの無線の課題として、有限な無線帯域幅でユーザ間の競合がある。システムが、干渉やノイズの影響を受けやすい無線媒体で、複数のユーザからのサービス要求を処理するため、無線帯域幅を効率的に割り当てることが困難になっている。
【０１２０】  上述のように、回線交換型およびATMデータネットワークからパケット交換型データネットワークに変更すると、QoSメカニズムの定義にも影響が生じる。本発明は、パケット交換型ネットワークトラフィック用のポイントツーマルチポイントIP中心型無線システムで新規なQoSメカニズムを提供する。システムが最適なQoS性能を実現するためには、QoSメカニズムに新規なアプローチを導入することが好ましい。システムアーキテクチャおよびデザインの基本的な指針としてQoSを使用することは、Teligent社およびWinstar社が使用しているような従来の回線中心型またはATMセル回線型アプローチで設計された既存の無線広帯域アクセスシステムに対して、本発明のIP中心型無線広帯域アクセスシステムの重要で、実質的で、有利な差異である。
Ｃ．IP中心型無線広帯域アクセスQoSおよびキューイング
１．キュー管理
【０１２１】  キューイングはデータ通信フローを操作する上で必要なツールとして一般的に認められている。パケットヘッダを検査または修正する場合、経路を決定する場合、またはデータフローを適当なポートに出力する場合、データパケットをキューに入れることが望ましい。しかしながら、キューイングは、定義から必然的に、トラフィックのストリームに遅延を発生する。遅延は害となることもあるため、キューイングの目的と全く反する結果を生じることがある。過度なキューイングは、時間感知型パケットを利用可能な時間フレーム以上に遅延させることになったり、ＲＴＴ(応答時間：Round Trip Time)を増加させて、許容範囲以上のジッターを生じたり、場合によってはデータトランスポートメカニズムをタイムアウトさせるなど、トラフィックに悪影響を及ぼすこともある。したがって、リアルタイムセッションなど、遅延感知型トラフィックで必要以上の遅延が発生しないように、キューイングは計画的に使用するようにして、多用は控えることが望ましい。
【０１２２】  TDMA（時分割多重アクセス：time division multiple access）、FEC（forward error detection）などの技術を使用した無線環境では、パケットおよび無線フレーム処理を可能にするたのみにキューイングを使用することが望ましい。しかしながら、リアルタイムフローでキューイングを行う場合、リアルタイムトラフィック全体の遅延の合計は約２０ミリ秒を下回るように抑えることが好ましい。
【０１２３】  QoSに応じて異なるサービスを提供するプライマリQoSメカニズムとしてキュー管理を使用することは無線広帯域システムの簡単で直接的な方法である。しかしながら、無線システムは通常、帯域幅の制限があるため、遅延には有線の場合よりも敏感である。このため、QoSに応じて異なるサービスを提供する場合は、単純なキューイングを超えたメカニズムを備える必要がある。しかしながら、まだ必要なキューイングもあるため、様々なキューイング方法が現在でも検討されている。
２．FIFO(ファーストインファーストアウト)キューイング
【０１２４】  ＦＩＦＯ（ファーストインファーストアウト）キューイングは、有線システムと同様に無線システムでもダウンストリームデータチャネルが一時的に輻輳した時、データパケットのバッファリングするために使用することができる。突発的なトラフィックにより一時的に輻輳が発生した場合、適当な深度（深さ）のFIFOキューを使用して輻輳した通信セグメントへのデータフローを潤滑にすることができる。しかしながら、輻輳の程度が甚大である、または輻輳の期間が比較的に長くなり、FIFOキューが容量の限界に達し、ネットワークがこれ以上パケットを蓄えることができなくなると、FIFOはパケットを破棄することになる。パケットを破棄することを「パケットトッシング：packet-tossing」という。これはネットワークのQoSに有害な影響を与えるだけではない。パケットを破棄すると、TCPプロトコルが所定の順序で喪失したパケットを再送するため、トラフィックフローの問題が発生し、さらに状況は悪化する。パケットが破棄される問題は、FIFOバッファのサイズを大きくして、パケットを破棄するまでの時間を長くすることにより、最小にすることができる。FIFOは残念ながら、パケットが不要になるほどパケットが古くなったり、ＲＴＴ（応答時間）が仮想的なデータ接続が失われるほど長くなったりするほど、大きくすることはできない。
【０１２５】  無線広帯域環境で、FIFOキューイングの必要要件は部分的に、使用するRFアクセス方法のタイプに応じて異なる。ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時分割多重アクセス／時分割二重）では、送信用データフレームの構築のために十分なデータを収集する場合でも、データはキューに入れることが好ましい。ＦＤＭＡ（周波数分割多重アクセス）およびCDMA(符号化分割多重アクセス)は、ＴＤＭＡほど「連続して」いないため、FIFOキューイングの必要要件は少ない。しかしながら、すべての無線アクセス技術において一般的に、ノイズや干渉は再送の要因となり、さらに遅延を引き起こして、QoSに悪影響を及ぼす。
【０１２６】  FIFOキューイングを使用する場合、共有の無線広帯域システムはすべてのトラフィックを均一に遅延させることができる。これは「最も公正」な方法であるが、ユーザに高いQoSを提供することを目標とした場合、必ずしも最善の方法とはいえない。様々な種類のキュー管理を使用することにより、QoS全体のベースを大幅に向上することができる。
３．優先キューイング
【０１２７】  共有無線広帯域環境は、データをＲＦ媒体を介して送信するため、圧縮した帯域幅セグメントを含む。このため、どのようなアクセス技術を用いても、これらのシステムはある程度のキューイングを実行する必要がある。しかしながら、FIFOキューイングを行うと、トラフィックの優先度、またはタイプに関わらず、すべてのトラフィックに一定の遅延が発生する。ほとんどのデータ通信環境には、リアルタイム、インタラクティブなデータ、ファイル、データダウンロード、ウェブページアクセスなどのトラフィックが混在している。それらの中には、遅延、ジッターに何よりも敏感なタイプのトラフィックがある。優先キューイングは、単純にデータパケットを優先度とタイプに応じて並び替え、待ち時間およびジッターに敏感なトラフィックはキューの先頭に移動できるようにする。
【０１２８】  残念ながら、ダウンリンクのデータチャネルの輻輳、または優先度の高いトラフィックの過剰による輻輳が発生した場合、「バッファの枯渇」状態が発生する。優先度の高いパケットがバッファ容量の大部分を消費するため、優先度の低いパケットにはバッファの空きはわずかしか残らない。結局、システムリソースは優先度の高いパケットに割かれるため、優先度の低いパケットは大幅に遅延することになる。優先度の低いパケットの中にはバッファに長期間留められるパケットだけでなく、バッファにも到達しないパケットもでてくる。それらのパケットのデータフローは著しく遅延し、それらの優先度の低いパケットを使用するアプリケーションは中断、または動作停止に追い込まれることもある。このようなキューイングアプローチの性質により、全体的に優先度の低いパケットは待ち時間およびジッターが予測困難であり、QoSに悪影響を及ぼす。
【０１２９】  キューのサイズが小さい場合、キューの中でデータを並び替えてもQoSの向上にほとんど効果はない。実際、キューを並び替えるために必要な情報を得るためにパケットヘッダを検査する処理がデータストリームにとって大きな遅延を生じることもある。したがって、無線広帯域データ環境については、優先キューイングはQoSメカニズムとしてFIFOキューイングとそれほど変わらない。
４．クラスに基づいたキューイング（Class Based Queuing）
【０１３０】  キューの空間とシステムリソースをパケットにパケットのクラスに応じて割り当てると、バッファの枯渇を回避することができる。優先度の高いデータフローがすべてのシステムリソースを独占することのないように、各クラスにはそれぞれ最低レベルのサービスを割り当てることができる。このクラス分けアプローチによると、完全に遮断されるデータフローはなくなるため、ソースアプリケーションはトラフィックレートに関する情報を受信することができ、TCPによる送信レート調整（TCP-mediated transmission rate adjustment）がスムーズなトラフィックフローをサポートする。
【０１３１】  このアプローチは無線広帯域システムにおいてFIFOキューイングよりも優れているが、大量の優先度の高いフローが、待ち時間やジッターに敏感なフローに与える悪影響の問題はやはり解決することができない。
５．均等化キューイング（Weighted Fair Queuing）
【０１３２】  均等化キューイング方法はボリュームの小さなフローに保証されたキューイングリソースを提供し、残りのフローについてはボリュームや優先度とは無関係に、同等の量のリソースが割り当てられるようにするものである。これはバッファの枯渇を回避し、待ち時間およびジッター性能を幾分改善しているが、利用可能なＲＦダウンリンクチャネル帯域幅が急激に変化すると、安定した性能を得ることが困難になることがある。
【０１３３】  高品質のサービスを提供するためには、単純なキュー管理ではなく、より高度なQoSメカニズムを必要とする。
Ｄ．IP中心型無線広帯域アクセスQoSおよびTCP/IP
１．TCP/IP
【０１３４】  ＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックは、インターネットを介したデータ送信の標準的な方法となり、次第にVPN（仮想プライベートネットワーク）の標準ともなりつつある。TCP/IPプロトコルスタックは、IP（インターネットプロトコル）だけでなく、ＴＣＰ（送信制御プロトコル）、ＵＤＰ（ユーザデータグラムプロトコル）、およびICMP（インターネット制御メッセージプロトコル）も含んでいる。ＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックがデータ通信の標準ネットワークプロトコルであるとすると、無線広帯域データ通信用の最適なQosメカニズム群（set of optimal QoS mechanism）の作成は管理しやすくなる。ネットワークの有線部分も無線部分も両方含めた、ネットワーク全体に及ぶQoSメカニズムを作成することができる。これらのメカニズムはTCPレート制御メカニズムと円滑かつ透明に統合することにより、ネットワークの有線部分にも無線部分にも適応するエンドツーエンドQoSメカニズムを提供することができる。もちろん、輻輳が起こっていたり、他のトランスポートの問題のある有線ネットワークのセグメントは、無線QoSメカニズムでも解決することはできない。しかしながら、無線QoSメカニズムは、有線ネットワークに輻輳またはボトルネックが起こっていなければ、最終ユーザの利便性が向上するようにデータフローを最適化することができる。
２．クラスによる分類
【０１３５】  前述のとおり、データトラフィックはサービスクラスに応じて処理することができる。トラフィックを暮らすに応じて分類する場合、データトラフィック（あるいは特定のアプリケーション、機能または目的に関連したデータパケットのシーケンス）は、いくつかのサービスクラスに分類することができる。分類はパケットヘッダに含まれる識別情報に従って行うことができる。一つの方法として、例えばIPパケットヘッダに入っている、特定のアプリケーション、機能または目的を持ったパケットフローとパケットおよび他のパケットを一意的に識別し、関連付けるいくつかの項目を分析する方法がある。少なくとも、送信元IPアドレス、送信元TCPまたはUDPポート、送信先IPアドレス、および送信先IPまたはUDPポートはパケットを共通のフローと関連づけることができるため、パケットをサービスクラスに分類するために使用することが可能である。
【０１３６】  管理可能な、最終的な数のサービスの離散的クラスを作成するため、IPフローはQoSメカニズムにより、与えられたQoSパラメータ群と統合して処理する。これらのクラスは、無線および有線のネットワークセグメントが組合わさった最適の環境で共通の、利便性のある特性を提供するように定義することができる。
３．フロー別分類
【０１３７】  最終的な離散的サービスクラスは、コンピュータ集約型でない、メモリ、ステートマシン(state machine)を比較的使用しない、したがって、個別のIPフローごとのQoSメカニズム（またはパラメータ群）よりもスケーラビリティに優れたQoSメカニズムを可能とする。しかしながら、ポイントツーマルチポイント（PtMP）無線広帯域アクセスシステムなどのネットワークアクセス装置では、同時に存在するIPフローの総数の範囲は1000を超えない。したがって、必要な量のオーバーヘッドは処理可能であるため、サービスクラスに頼らなくても、フロー別QoS分類を行うことはできる。しかしながら、IPフローを統合したサービスクラスは、営業、課金、および管理においては有利である。
【０１３８】  本発明以前、フロー別分類は無線環境（同軸ケーブルおよび衛星通信を介して送信される無線周波数を含めて）では使用されていなかった。
４．サービスクラス用IPプレシデンス（IP Precedence）の使用
【０１３９】  サービスタイプフィールドのＩＰプレシデンス（IP TOS）は、インターネット技術プロジェクトチーム(IETF: Internet Engineering Task Force) 1992bに記載されているように、理論的にはIPフローをサービスクラス（classes of service）に分類する手段として使用することができる。IETF RFC1349は、遅延の最小化、スループットの最大化、信頼性の最大化、金額的コストの最小化、および標準サービスという５つの意味を持つ４ビットの定義群を提案した。
【０１４０】  これらの定義は、フローのタイプを分類してリソースを適切に割り当てることができるため、QoSを向上することになり、ネットワーク、ルータおよびアクセス装置に大きな意味を与える可能性があった。しかしながら、この提案は広く受け入れられることはなかった。IETFのいくつかの提案はこのフィールドをＲＳＶＰ（リソース予約プロトコル）に従って使用してネットワークのパケット処理を向上するものもあった。
【０１４１】  TOS（サービスタイプ）は何年も前からTCP/IP仕様の一部に統合されているが、このフィールドは一般的に使用されていない。このフィールドに、送信元プロセッサが設定する適当なビットがないため、アクセス装置、ネットワーク、およびネットワークルータはQoSメカニズムを実行することができない。
５．TCPによる送信レート(TCP-Mediated Transmission Rate)メカニズム
【０１４２】  IP中心型無線QoSメカニズムにはＴＣＰが送信レートを統制する方法を統合して管理することができる。TCPメカニズムが管理されない場合、無線QoSメカニズムは無線帯域幅ファクタにより圧倒され、打ち消されてしまうことがある。TCP送信速度に影響を与えうる特定の無線ファクタを指定する前に、TCP送信レートメカニズムを考察する必要がある。
【０１４３】  パケット損失が発生すると、ＴＣＰはパケット損失を「検知」して送信レートを制御することができる。ＴＣＰ／ＩＰは一次的には、光ファイバ線などの固有BERの極めて小さい有線環境用に作成されているため、ＴＣＰはパケット損失をビットエラーによるものではなく、ネットワーク輻輳によるものとみなす。したがって、ＴＣＰは送信レートがネットワークの容量を超えているものと仮定して、送信レートを下げるように反応する。しかしながら、無線リンクセグメントの場合、パケット損失は輻輳ではなく、一次的に固有のBERが高いことにより発生する。この違いは無視できるものではない。
【０１４４】  パケットフローの開始時、ＴＣＰは最初に送信レートをあげていく。これは「スロースタートモード」と呼ばれる。パケット損失またはタイムアウトの応答メッセージを受けるまで送信レートは上昇し続けることができる。ＴＣＰは次に「バックオフ」、すなわち、送信ウィンドウのサイズを減少し、送信レートを大幅に下げて損失パケットを適当な順番で再送する。その後、ＴＣＰはゆっくりと直線的に送信レートを増加することができる。これは輻輳防止モードと呼ばれる。
【０１４５】  複数のユーザが本発明の無線ラジオリンクを共有した場合、媒体固有のBERが高いため、パケット損失が頻繁に発生して、無益なＴＣＰ再送が輻輳防止モードで行われる可能性がある。無線帯域幅は貴重な商品ともなりうるため、IP中心型無線QoSメカニズムは、ＴＣＰ再送を発動し、さらに送信レートを無益に「切り捨てる」ということをせずに、パケット再送を行うことが好ましい。いくつかの他のファクタとともに、これはIP中心型無線媒体アクセス制御(MAC)層に作成することが好ましい。IP中心型MAC層の機能の一つを、TCPに信号を送り不必要にＴＣＰ送信速度を変更することをせずに、損失パケットをローカルに再送する機能とすることもできる。IP中心型無線MAC層の一次的な役割は、秩序だって効果的な方法で無線媒体に共有アクセスを提供することにある。本発明に従ったMAC層、カリフォルニア州カラバサスのMalibu Networks社が提供するPRIMMA(Proactive Reservation-based Intelligent Multimedia-aware Media Access)層もまた、無線媒体を介したすべてのパケット送信をIPフロータイプ、SLA（サービスレベル契約）、およびQoSの考察に基づいてスケジュールすることができる。
６．IP中心型無線システムのTCP輻輳回避
ａ．ネットワーク輻輳廃棄(Network Congestion Collapse)、Global Synchronization、およびIP中心型無線TCP輻輳回避
【０１４６】  無線送信は固有のBER（Bit Error Rate）が高いため、有線環境よりも輻輳破棄またはGlobal Synchronization破棄と呼ばれる問題が発生しやすい。複数のTCP送信者が同時にパケット損失による輻輳を検出すると、TCP送信者はすべてTCPスロースタートモードに入り、それぞれの送信ウィンドウサイズを縮小し、一時的に休止状態に入ることができる。その後、複数の送信者は損失パケットの再送を同時に試行ができる。おおざっぱな同期で送信者全員が送信を再開できるため、輻輳が発生する確率が高くなり、再び同じ問題が繰り返される可能性もある。
【０１４７】  無線環境では、バーストノイズにより、多くのIPストリームからパケット損失が発生することがある。TCP送信者のTCP送信レートメカニズムは、パケット損失を輻輳によるものとみなし、送信者たちの送信レートを同期して下げることができる。再開時には、ＴＣＰ送信者たちはおおざっぱな同期で再開できるため、無線リンクセグメントでは本物の輻輳が発生することがある。ある期間この動作が繰り返されると、システム性能は場合によっては予測不能な状態になる。この原因の一つとして、破棄されるべきパケットや、無益な再送を引き起こすシステムキューの氾濫があげられる。これが悪化して「競争」状態となり、システムが再び安定性を回復するまで数分間を要するようになる。これがQoSに不利な影響を及ぼすことは明白である。
【０１４８】  有線の場合、RED（ランダム早期検出：random early detection）を使用してglobal synchronizationを回避することができる。輻輳破棄が起こる前に、無作為に選択したパケットフローから無作為にパケットを選択し、global synchronizationを回避することができる。キューを監視し、キューの深度があらかじめ設定した限度を超えると、REDが起動し、TCP送信者の送信レートコントローラを非同期に作動する。これは輻輳破棄およびglobal synchronizationの原因となる初期輻輳を回避することができる。
【０１４９】  単純に無作為にパケットを破棄する代わりに、パケットの優先度またはタイプを考慮して破棄するパケットを決めることもできる。無作為にではあるが、あるフローについて破棄する確率をパケットの優先度またはタイプによる機能もある。無線システムでは、再送やTCPレートの再設定などをせずに、パケットの有効期限(TTL:Time to Live)パラメータがより緊急なオーディオストリーム、H.323フローなどのリアルタイムIPフローのUDPパケットを選択してWRED（重み付き早期検出：weighted random early detection）を行うことができる。これらのIPフローは待ち時間およびジッターには敏感であるが、パケット損失にはそれほど敏感ではない。
【０１５０】  無線環境において、適切に設計されたMAC層では、輻輳破棄およびglobal synchronizationを引き起こす可能性のあるBERによるパケット損失は、RED、不要なTCP送信者によるパケットの再送と、TCP送信レートの再設定で対処するのではなく、本発明によるローカルな損失パケットの再送で管理することが最善である。
本IP中心型無線システムTCP送信ウィンドウマネージャはMAC層と通信をすることにより、無線媒体を介して送信されるすべてのパケットの状態を検知することができる。
ｂ．フラクタル自己類似ネットワークトラフィック特性対ポアソン分布のネットワーク輻輳への効果
【０１５１】  従来、ネットワークトラフィックはポアソン分布で表すことができると考えられてきた。システムのシミュレーションにポアソン分布を使用すると、数千ものトラフィックフローの合計はポアソン分布により全体的に均一なネットワークトラフィック分布となる。言い換えると、ネットワーク全体でトラフィックフローの個別のバーストを「平均化」することができる。このモデルによるネットワーク輻輳動作、バースト動作、および動的トラフィック特性を使用して従来の輻輳回避ストラテジーを作成し、ネットワーク装置のキューバッファのサイズを設計し、トラフィックおよび容量の限界を予測してきた。
【０１５２】  最近の研究では、TCP/IPベースのトラフィックはネットワークにフラクタル、または自己類似的に動作することが例証されている。このモデルによると、個別のトラフィックフローのバーストがネットワーク全体で合計されると、ネットワーク全体がバースト状態になる。ネットワークトラフィックフローのバーストの性質は、時間のスケールでもフローのスケールでも、ネットワーク全体でみることができる。これは、本発明によるIP中心型無線広帯域システムの設計と、ネットワーク全体の輻輳回避ストラテジーの設計との両方に大きなヒントを与える。このネットワーク動作に関する新しい観点により、ネットワークルータ設備、スイッチ設備、および送信設備が多くの場合、「技術的に不備」であることが明らかになった。技術的な不備がさらにネットワークの輻輳動作を悪化させている。
【０１５３】  上述のIP中心型無線システムアーキテクチャおよび設計へのヒントは、キューバッファ容量からローカルな輻輳回避ストラテジーにまで及ぶ。無線システムは固有のBERが高いという短所があるため、ネットワーク全体の輻輳動作がローカルな（無性媒体チャネル）輻輳回避ストラテジーに与える影響は適切に評価して相殺する必要がある。このため、IP中心型無線システムの輻輳回避アルゴリズムは、システム設計士に最近まで知られていなかった、または使われることのなかった新しい数学的で工学的な考察を加え、トラフィックフローを最適化するように巧妙に作成することが望ましい。
【０１５４】  これらの考察を加えると、IP中心型無線システムのデザインは、システム性能特性を極端に低下させることのないように、従来の有線システム設計アプローチとは一線を画すことになる。回線中心型無線システムの従来の設計アプローチでは、帯域幅利用率、リアルタイムマルチメディアの品質、全体的なシステムQoSが最終ユーザの利便性を動的に低下させることになる。
７．アプリケーションごとのフロー制御
【０１５５】  それぞれが異なる帯域幅、待ち時間、ジッターの要件を有した、複数のデータフローの範囲で、最終ユーザにより認められる高いQoSを達成するためには、IP中心型無線システムが広範囲でリアルタイムにQoSメカニズムパラメータを管理可能なことが望ましい。QoSメカニズムは、適当な最終ユーザがトランスペアレントな（透明性のある）方法で特定のアプリケーションに対応する一つ以上のデータフローをオンまたはオフに切り替えられるほど、システム動作を変更可能である必要がある。このアプローチは、実際の基本的なアプリケーションのQoS要件を考慮せずに、ある最終ユーザから他の最終ユーザへ回線中心型接続を確立して高いQoSを達成しようとする他のQoSメカニズムとは異なる。回線別ごとではなく、アプリケーションごとのQoSメカニズムを提供する本発明により、不足している無線帯域幅を節約しながらも、個別のアプリケーションタイプに関連したQoSメカニズムが必要とするところに動的に割り当てることが可能である。
Ｂ．QosおよびIP中心型無線媒体アクセス制御
１．PRMMA(Proactive Reservation-based Intelligent Multimedia-aware MediaAccess) MAC層
【０１５６】  本発明のPRMMA (Proactive Reservation-based Intelligent Multimedia-aware Media Access) MAC（媒体アクセス制御）層は、IP中心型無線QoSメカニズムのアプリケーション切り替え機能を提供する。システムの他の部署が各IPストリームについて性質およびQoS要件を決定すると、この情報はPRIMMA MAC層に通信され、各アプリケーションのIPフローを適当な優先順位に従って所定の宛先に切り替えることができる。
２．PRIMMA IPプロトコルスタック仮想信号
【０１５７】  ローカルユーザのCPEから発せられたIPストリームについては、システムがアプリケーションの性質に関するアプリケーションレベル情報に基づいて適当なQoSメカニズムパラメータをIPストリームに割り当てる。非ローカルホストから発せられたIPストリームについては、パケットヘッダからIPストリームに関する情報を抽出して適当なQoSメカニズムパラメータを条件設定する。IPストリームに関する情報は、帯域幅の予約とアプリケーションの切り替えのために、アプリケーション層（OSIレベル７）からPRIMMA MAC層（OSIレベル2）へプロトコルスタックモデルの中で「仮想的に」通信される。これはプロトコルスタックの各層は独立するという慣例に反し、スタックの個別の層の間の互換性の程度を若干制限することになるが、IP中心型広帯域アクセスシステムにおいて長所の方がはるかに短所を勝っている。
３．PRIMMA IPフロー制御およびアプリケーションの切り替え
【０１５８】  IP中心型無線システムのIPアプリケーションフローごとのそれぞれのQoS要件群に基づき、アプリケーションは無線媒体を介した適当な帯域幅の予約により「先行的（proactive）」に切り替わる。各方向の無線送信フレームは、各IPフローの個別のQoS要件により要求された方法により構築される。QoS要件を使用して無線送信フレームを構築することにより、システムが処理するアプリケーション全体の範囲の中で最適なQoS性能を得ることができる。例えば、待ち時間およびジッターに敏感なIP電話、その他のH.323準拠IPストリーム、リアルタイムなオーディオおよびビデオストリーにムは、無線送信フレームで最適に配置されるように高い優先度を与えることができる。その一方で、最初のウェブページの送信など、HTTP(hypertext transport protocol)トラフィックには、特定のアプリケーションについて高い帯域幅予約優先度を与えることができる。その他の、例えばFTP（file transfer protocol）ファイルダウンロード、電子メール送信など、待ち時間、ジッター、帯域幅に関する必要要件のないトラフィックにはシステムリソース、無線送信フレームの配置について低い優先度を与えることができる。
４．PRIMMA TCP送信レートエージェント
【０１５９】  無線最終ユーザは、バーストエラーの発生しやすい低速でBERの高い無線セグメントにより高速でBERの低い有線バックボーンから分断されている。無線セグメントを横断するTCP/IPトラフィックは頻繁では、調停を経ずにパケット損失が発生して、前述の輻輳破棄やglobal synchronizationが起こることがある。したがって、本発明のIP中心型無線システムは、無線セグメントのパケット損失を監視することができるTCP送信レートエージェントを使用して、損失したパケットの肯定応答を再び作成して送信することにより、リモートのTCP送信レート機能を管理することができる。PRIMMA MAC層自体で、無線媒体を損失したパケットを再送することができる。
【０１６０】  IP中心型無線TCP送信レートエージェントまたは「補助」はまた、必要に応じてIPフローのQoS要件に応じて、IPストリームのフロー制御を行うことができる。IP中心型無線TCP送信レートエージェントのすべて機能は、ローカルおよびリモートのホストとアプリケーションに対して透過性を持たせることができる。
Ｆ．電気通信ネットワーク
１．音声ネットワーク
ａ．単純な音声ネットワーク
【０１６１】  図1Aは、一つ以上のローカルアクセスおよび伝送エリア（LATA）内でローカル電気通信サービスプロバイダ（LEC）サービスを提供する標準的な電気通信ネットワーク１００のブロック図である。電気通信ネットワーク１００は発呼側１０２が着呼側１１０に交換音声接続を提供することができる。図1Aにはまた、例えば専用回線などにより、複数のユーザがLECサービスにアクセスすることを可能にする専用交換機（ＰＢＸ：private branch exchange) １１２が示されている。発呼側１０２と着呼側１１０は、通常の電話装置、キーテレホンシステム、ＰＢＸ１１２、またはホストコンピュータで作動しているアプリケーションを使用することができる。ネットワーク１００は発呼側１０２から、例えば、ＩＳＰ（図示されていない）へのモデムアクセス用のデータ接続として使用することができる。さらにネットワーク１００は、例えば、専用データネットワーク（private data network）などへのアクセスに使用することもできる。例えば、発呼側１０２は、例えば、遠隔の地からノート型コンピュータを作動してダイアルアップモデム接続により、雇用者の専用データネットワークにアクセスしている従業員であることもできる。
【０１６２】  図１Ａは、ＥＯ（端局）１０４および１０８を含む。ＥＯ１０４は発呼側１０２からＰＳＴＮ（公衆交換電話網）設備への接続を行うため、入方向ＥＯと呼ばれる。ＥＯ１０８はＰＳＴＮ設備から着呼側１１０への接続を行うため、出方向ＥＯと呼ばれる。入方向ＥＯ１０４と出方向ＥＯ１０８の他に、電気通信ネットワーク１００に関連するＰＳＴＮ設備にはＰＯＰ（point of presence）１３２、１３４の箇所に、例えば、長距離トラフィック用に一つ以上のＩＸＣ（米国内長距離電話通信サービスプロバイダ）とのアクセスを行うことができる、ＡＴ（アクセスタンデム）（図示されていない）を設けることができる（図２Ａを参照）。あるいはこの他に、当業者にとっては、ＩＸＣはまた、例えば、ＣＬＥＣ、その他のＥＳＰ（拡張サービスプロバイダ）、ＧＰＯＰ（国際ゲートウェイまたは国際ＰＯＰ）、またはＩＰ（intelligent peripheral）であってもよいことは自明である。
【０１６３】  図１Ａはまた、ＥＯ１０４に接続したＰＢＸ（専用交換機）１１２を設けている。ＰＢＸ１１２は、発呼側１２４および１２６、ファクス１１６、クライアントコンピュータ１１８および、関連モデム１３０、関連モデム１３０を介して接続されたクライアントコンピュータ１２０とサーバーコンピュータ１２２から構成されるＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）１２８を接続している。ＰＢＸ１１２は、一般的にＣＰＥ（顧客宅内装置）と呼ばれる、加入者サイトに設置された一般的なクラスの電気通信装置でもよい。
【０１６４】  ネットワーク１００はまた、呼の設定および破棄（teardown）を行うＣＣＩＳ(common channel interoffice signaling)ネットワークも含む。図１は特に、ＳＳ７（共通信号システム７）信号ネットワーク１１４を含む。信号ネットワーク１１４については図２Ｂを参照して後述する。
ｂ．音声ネットワークの詳細
【０１６５】  図２Ａは、異なったＬＡＴＡに配置された加入者間にＬＥＣ、ＩＸＣサービスを提供するネットワーク２００を示すブロック図である。電気通信ネットワーク２００は電気通信ネットワーク１００のより詳細なバージョンである。発呼側１０２ａと１０８ａはそれぞれＥＯ交換機１０４ａおよび１０８ａに接続されている。言い換えると、発呼側１０２ａは第一ＬＡＬＡの入方向ＥＯ１０４ａをホームとしており、発呼側１０８ａは第二ＬＡＴＡの入方向Ｅｏ１０８ａをホームとしている。異なったＬＡＴＡ間の加入者同士の呼は通常、ＩＸＣにより転送される長距離呼となる。米国の単純なＩＸＣには、ＡＴ＆Ｔ、ＭＣＩ、およびSprintなどがある。
【０１６６】  電気通信ネットワーク２００はアクセスタンデム（ＡＴ）２０６および２０８を備えている。ＡＴ２０６はＰＯＰ（point of presence）１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、および１３２ｄへの接続を提供する。ＩＸＣ１０６ａ、１０６ｂ、および１０６ｃは、ＰＯＰ１３２ａ、１３２ｂ、および１３２ｃ（第一ＬＡＴＡ）と、ＰＯＰ１３４ａ、１３４ｂ、および１３４ｃ（第二ＬＡＴＡ）の間の接続を提供する。ＣＬＥＣ（competitive local exchange carrier）２１４は、ＰＯＰ１３２ｄとＰＯＰ１３４ｄ間に代替接続を提供する。ＰＯＰ１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、および１３４ｄは順番にＡＴ２０８に接続し、入方向ＥＯ１０８ａに接続している。着呼側１１０ａは、ホームＥＯとするＥＯ１０８ａから呼を受信する。
【０１６７】  あるいはこの他に、当業者にとっては、ＡＴ２０６は、例えばＣＬＥＣ、その他のＥＳＰ（拡張サービスプロバイダ）、ＧＰＯＰ（国際ゲートウェイまたは国際ＰＯＰ）、またはＩＰ（intelligent peripheral）であってもよいことは自明である。
【０１６８】  ネットワーク２００は、ＣＬＥＣ交換機１０４ｃをホームとする発呼側１０２ｃも有している。１９９６年米国電気通信法に従い、ＣＬＥＣは、ローカルＲＢＯＣ（ベル系地域電話会社）担当地域内で完全にアクセスする許可を与えられている。
ｉ．固定無線ＣＬＥＣ
【０１６９】  ネットワーク２００はさらに、固定無線ＣＬＥＣ２０９を備えている。固定無線ＣＬＥＣとして、例えば、Teligent Inc.（Vienna、バージニア州）、WinStar Communications Inc.、Advanced Radio Telecom Corp.、およびＴeleport Communications Group Inc.のBizTel部などがあげられる。固定無線ＣＬＥＣ２０９は、加入者トランシーバＲＦタワー２１２とＲＦリンクを介して通信する無線トランシーバ／レシーバ無線周波数（ＲＦ）タワー２１０を備えている。加入者ＲＦトランシーバタワー２１２はＣＰＥボックス、ＰＢＸ１１２ｂに接続している。ＰＢＸ１１２ｂは発呼側１２４ｂ、１２６ｂ、ファクス１１６ｂ、クライアントコンピュータ１１８ｂ、および関連モデム１３０ｂ、さらに関連モデム１３０ｂを介して接続している、クライアントコンピュータ１２０ｂとサーバーコンピュータ１２２ｂを備えたローカルエリアネットワーク１２８ｂと接続している。
【０１７０】  ネットワーク２００はさらに図示されるように、ＥＯ１０８ａに接続した、着呼側１１０ａ、ファクス１１６ａ、クライアントコンピュータ１１８ａ、および関連モデム１３０ａ、セルラー通信ＲＦタワー２０２、および関連セルラー加入者着呼側２０４も備えている。
【０１７１】  ＥＯ１０４ａ、１０８ａ、およびＡＴ２０６、２０８は、スイッチング階層の一部を形成している。ＥＯ１０４ａはクラス５交換局、ＡＴ２０８はクラス３／４交換局とも呼ばれる。ＭＦＪ（修正同意判決）に従って、ＡＴ＆ＴからＲＢＯＣ（ベル系地域電話会社）に分離独立する以前は、米国ＰＳＴＮ（公衆交換電話網）の階級的機能に応じて局に割り当てられた番号が局クラスであった。局クラスは、送信必要要件と、他の交換センタとの階層的関係に応じてランク付けされた電話局センタ局交換機の機能的等級をいう。クラス１局はＲＣ（リージョナルセンタ）と呼ばれ、最高レベルの局、すなわち「最後の拠り所」局で呼を完了する。クラス２局は、ＳＣ（セクショナルセンタ）と呼ばれる。クラス３局はＰＣ（プライマリセンタ）と呼ばれる。クラス４局はオペレータがいる場合はＴＣ(Toll Center)、オペレータがいない場合はTP(Toll Point)と呼ばれる。クラス５局はＥＯ（端局）、すなわちlocal central office  （ローカル中央局）と呼ばれ、ローカルおよび長距離スイッチングで最低レベルに位置し、最終加入者にもっとも近い。各センタは一つ以上のより階級の低いセンタからのトラフィックを処理する。ＡＴ＆Ｔの分離独立、交換局のインテリジェントソフトウェアがより高度になるとともに、これらののクラス分類は確固なものではなくなってきた。技術が最終ユーザにより近い機能を供給するにつれて、従来のネットワーク階層と交換器のクラスに関する定義は広く行きわたってきた。
ｉｉ．インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）との接続性
【０１７２】  発呼側１０２ａから着呼側１１０ａへ音声接続を提供する他に、ＰＳＴＮは発呼側１０２にＩＳＰ（クライアント１１８ｂなど）とのデータ接続を提供することができる。
【０１７３】  ネットワーク２００はまた、データネットワーク１４２（図１Ｂを参照して後述する）に接続したサーバーコンピュータ１２２を備えたインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）（図示されていない）を含むことができる。インターネットは、すでに知られているように、データリンクにより接続された複数の大規模ネットワークから構成される世界規模のネットワークである。これらのリンクには、例えば、ＩＳＤＮ（総合デジタル通信網）、Ｔ１、Ｔ３、ＦＤＤＩ、およびＳＯＮＥＴリンクなどがある。あるいは、例えばイントラネットなど、複数のＬＡＮおよび／またはＷＡＮが相互接続した専用ネットワークをインターネットと呼ぶこともある。ＩＳＰはクライアント１１８ｂなどの加入者用インターネットアクセスサービスを提供することができる。
【０１７４】  ＩＳＰと接続を確立する場合、クライアント１１８ｂは、モデム（変調復調装置）１３０ｂに接続したホストコンピュータを使用することができる。モデムはホストコンピュータからのデータをＬＥＣ設備に送信する形式（従来はアナログ形式）に変調する。通常、ＬＥＣ設備は入力されるアナログ信号をデジタル形式に変換する。一つの実施例では、データはポイントツーポイント（ＰＰＰ）フォーマットに変換される。（ＰＰＰは、コンピュータが標準的なモデムを使用してインターネットとの接続を確立することを可能にする周知のプロトコル。）当業者にとっては、他のフォーマットとして、送信制御プログラム、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）パケットフォーマット、ユーザデータグラムプロトコル、インターネットプロトコル（ＵＤＰ／ＩＰ）パケットフォーマット、非同期伝送モード（ＡＴＭ）セルパケットフォーマット、シリアルラインインタフェースプロトコル（ＳＬＩＰ）プロトコルフォーマット、ポイントツーポイント（ＰＰＰ）プロトコルフォーマット、ポイントツーポイントトンネリングプロトコル（ＰＰＴＰ）フォーマット、ＮＥＴＢＩＯＳ拡張ユーザインタフェース（ＮＥＴＢＥＵＩ）プロトコルフォーマット、Appletalkプロトコルフォーマット、DECnet、BANYAN/VINES、IPX（internet packet exchange）プロトコルフォーマット、およびインターネット制御メッセージプロトコル（ICMP）プロトコルフォーマットなどが利用可能であることは自明である。
ｉｉｉ．通信リンク
【０１７５】  図１Ａ、２Ａおよび本書の他の図面には、電気通信事業者の装置により物理的に実施される、ネットワークノード、またはシステム間の通信回線または論理的接続を意味する回線が記載されている。電気通信事業者の装置は回線と、前記回線間のネットワークノードを含み、前記回線は、例えば、デジタルアクセスクロスコネクトシステム（ＤＡＣＳ）、再生中継器（regenerator）、タンデム、銅線、および光ファイバケーブルなどの回線などがあげられる。当業者には、代替の通信回線として、一つ以上の電気通信システム装置を接続して使用することは自明である。さらに、ここで定義する電気通信事業者は、例えば、ＬＥＣ、ＣＬＥＣ、ＩＸＣ、ＥＳＰ（拡張サービスプロバイダ）、ＧＰＯＰ（global point of presence）などの国際サービスプロバイダ、ＩＰ（intelligent peripheral）などが含まれる。
【０１７６】  ＥＯ１０４ａおよびＡＴ２０６はトランクにより接続される。トランクはＡＴをＥＯに接続する。トランクはＩＭＴ（inter machine trunk）と呼ぶこともできる。ＡＴ２０８よＥＯ１０８ａを接続するトランクもＩＭＴであってもよい。
【０１７７】  図１Ａを参照すると、ＥＯ１０４とＰＢＸ１１２はダイアルトーンによる専用回線で接続することができる。専用回線はまた、ＩＳＰ（図示されていない）を、例えばＥＯ１０４に接続することもできる。ダイアルトーンによる専用回線は、ＩＳＰでモデムベイまたはアクセスコンバータ装置に接続することができる。専用回線の例として、チャネル化Ｔ１（channelized T1）またはＩＳＤＮ（総合デジタル通信網）ＰＲＩ（一次群インタフェース）をあげることができる。ＩＳＰはさらに、パイプまたは専用通信設備によりインターネットに接続することができる。パイプは専用通信設備であってもよい。専用回線はＩＳＰとのデータモデムトラフィックの送受信を扱うことができる。
【０１７８】  トランクは交換音声トラフィック（switched voice traffic）およびデータトラフィックを扱うことができる。例えば、トランクは、Ｔ１からＴ４のキャリアを介して送信されるＤＳ１からＤＳ４のデジタル信号を含むことができる。表２に一般的なキャリアと、それぞれのデジタル信号、チャネル数、帯域幅容量を記載する。
【表２】
0005299881.tif 000008
【０１７９】  あるいは、トランクはOC-1、OC-3、などのオプティカルキャリア（optical carrier）を含むことができる。表３に一般的なオプティカルキャリアと、それぞれの同期伝送信号（ＳＴＳ）、ＩＴＵ（国際電気通信連合）名称、および帯域幅容量を記載する。
【表３】
0005299881.tif 000009
【０１８０】  既に述べたように、専用回線はデータモデムトラフィックを伝送可能な接続である。専用回線は、顧客が専用に使用する、指定された２つの地点間を結ぶ直接チャネルとすることができる。専用回線はまた、賃貸回線と呼ばれることもある。一つの実施例では、専用回線にはＩＳＤＮ／一次群インタフェース（ＰＲＩ）接続を使用する。ＩＳＤＮ  ＰＲＩ接続は、Ｔ１の信号チャネル（データチャネルまたはＤチャネルと呼ばれる）とベアラチャネルまたはＢチャネルとして使用される２３個のチャネルを含むことができる。（ベアラチャネルとは音声およびデータ情報を伝送するデジタルチャネル。）複数のＩＳＤＮ  ＰＲＩ回線を使用しても、すべての回線の信号を一つのＤチャネルを介して伝送することができるため、残りの回線をベアラチャネルとして使用することができる。
ｉｖ．電気通信トラフィック
【０１８１】  電気通信事業者のネットワークノードから電気通信トラフィックを送受信することができる。電気通信事業者には、例えば、LEC、CLEC、IXC、ESP（拡張サービスプロバイダ）などが含まれる。一つの実施例では、このトラフィックは、例えば、ＥＯ１０４ａなどのクラス５交換局、またはＡＴ２０６などのクラス３／４交換局であるネットワークノードから受信することができる。あるいは、ネットワークシステムはまた、例えば、ＣＬＥＣ、または他のＥＳＰ（拡張サービスプロバイダ）、国際ゲートウェイ、ＰＯＰ(point-of-presence)、ＧＰＯＰ、ＩＰ（intelligent peripheral）を含むこともできる。
【０１８２】  音声トラフィックとは、例えば、発呼側１０２ａと着呼側１１０ａの間の交換音声接続をいう。これがポイントツーポイント専用パスであること、すなわち、使用中か否かに関わらず帯域幅が割り当てられていることに注意しなければならない。発呼側１０２ａと着呼側１１０ａとの間に交換音声接続が確立されると、ＩＸＣ１０６ａからＡＴ２０８などのＩＸＣのネットワークを介してＡＴ２０６に、それからＥＯ１０８ａに、トランクを介して着呼側１１０ａに接続される。他の実施例では、ＡＴ２０６またはＩＸＣ１０６ａはまた、例えば、ＣＬＥＣ、他のＥＳＰ（拡張サービスプロバイダ）、国際ゲートウェイ、ＧＰＯＰ（globalpoint-of-presence）またはＩＰ（intelligent peripheral）であってもよい。
【０１８３】  発呼側１０２ａは、音声ネットワークを介してサーバにデータ接続したコンピュータであってもよい。データトラフィックとは、例えば、発呼側１０２ａ（モデムを使用）と、サーバ122b（ＩＳＰの一部であってもよい）との間のデータ接続をいう。データ接続は、例えば、発呼側１０２ａとＥＯ１０４ａの間で確立し、次にＡＴ２０６、ＣＬＥＣ２１４、それから固定無線ＣＬＥＣ２０９リンクを介してＰＢＸ１１２ｂに、そしてサーバ１１２ｂに関連するモデム１３０ｂへと接続を確立していくことができる。
ｃ．信号ネットワーク
【０１８４】  図２Ｂは信号ネットワーク１１４のより詳細に説明する図である。信号ネットワーク１１４は発呼側１０２と着呼側１１０の間の呼の設定、破棄および管理を行うために使用する独立したネットワークである。この例の信号ネットワーク１１４は、共通線信号システム７（ＳＳ７）ネットワークである。共通線信号ネットワーク７は、ＳＳＰ（service switching points）２３６，２３８、２４０、２４２、ＳＴＰ（signal transfer points）２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、およびＳＣＰ（service control point）２３４を備えている。
【０１８５】  ＳＳ７ネットワークでＳＳＰは、ＳＳ７機能を提供するバックボーン交換機の一部である。ＳＳＰは、例えば、音声交換機とＳＳ７交換機の組み合わせ、または音声交換機に接続したコンピュータでもよい。ＳＳＰはプリミティブ（primitive）を使用して交換機と通信をしてＳＳ７ネットワークを介して送信するパケットを生成する。
【０１８６】  ＳＳ７信号ネットワーク１１４でＥＯ１０４ａ、１０８ａ、およびＡＴ２０６、２０８はそれぞれＳＳＰ２３６、２３８、２４０および２４２で表すことができる。したがって、それぞれＥＯ１０４ａ、１０８ａとＡＴ２０６、２０８との接続は（点線で表示されている）、接続２５４、２５６、２５８、２６９で表すことができる。これらのタイプのリンクについて以下に説明する。
【０１８７】  ＳＴＰはＳＳ７ネットワークのルータとして働き、通常は交換機に代わる補助装置として提供されている。ＳＴＰは発信ＳＳＰから送信元ＳＳＰヘメッセージを転送する。アーキテクチャの観点から、ＳＴＰは通常、「メーテッドペア（対をもった組）」にして、輻輳や故障が発生した時のための冗長をもたせてリソースを共有することができる（自動的に負荷を共有する）。図２Ｂに示されるように、ＳＴＰは信号メッセージを階層的に転送するために階層的レベルに従って配置することができる。例えば、対となっているＳＴＰ２２２、２２４と対となっているＳＴＰ２２６、２２８は第一階層レベルで、対となっているＳＴＰ２３０、２３２は第二階層レベルである。
【０１８８】  ＳＣＰはデータベース機能を提供する。ＳＣＰを使用して、特別なサービス番号（例えば８００と９００など）の転送、加入者サービスに関する情報の保存、コーリングカードの確認および不正防止、拡張インテリジェントネットワーク（ＡＩＮ）サービスの提供といった拡張機能を提供することができる。ＳＣＰ２３４は対となっているＳＴＰ２３０、２３２に接続している。
【０１８９】  ＳＳ７ネットワークでは、異なったネットワーク要素の間に固有のリンクがはられている。表４に共通ＳＳ７リンクの定義について記載する。
【０１９０】  図２Ｂに示されるように、対となったＳＴＰ同士はＣリンクにより接続されている。例えば、ＳＴＰ２２２、２２４の組、ＳＴＰ２２６、２２８の組、ＳＴＰ２３０、２３２の組はそれぞれＣリンク（記号は付けられていない）により接続されている。ＳＳＰ２３６、２３８の組、ＳＳＰ２４０、２４２の組はそれぞれＦリンク２６２、２６４により接続されている。
【０１９１】  同じ階層レベルにあるＳＴＰ２２２、２２４の組とＳＴＰ２２６、２２８の組は、Ｂリンク２７０、２７２、２４４および２８２により接続されている。異なる階層レベルにあるＳＴＰ２２２、２２４の組とＳＴＰ２３０、２３２の組は、Ｄリンク２６６、２６８、２７２および２７４により接続されている。同様に、別の階層レベルにあるＳＴＰ２２６、２２８の組とＳＴＰ２３０、２３２の組は、Ｄリンク２７８、２８０、２４６および２４８により接続されている。
【０１９２】  ＳＳＰ２３６、２３８の組とＳＴＰ２２２、２２４の組は、Ａリンク２５４、２５６により接続されている。ＳＳＰ２４０、２４２の組とＳＴＰ２２６、２２８の組は、Ａリンク２５８、２６０により接続されている。
【０１９３】  ＳＳＰ２３６、２３８の組はまたＳＴＰ２３０、２３２の組とＥリンク（図示されていない）により接続されている。最後に、ＳＴＰ２３０、２３２の組はＳＣＰ２３４とＡリンク２５０、２５２により接続されている。
【０１９４】  ＳＳ７ネットワークトポロジーのより詳細な説明については、本書が参考としている、Russel, Travis, Signaling System #7, McGraw-Hill, New York 10020, ISBN 0-07-054991-5で照会すること。
【表４】
0005299881.tif 000010
ｄ．ＳＳ７信号による呼のフロー
【０１９５】  ＳＳ７電気通信ネットワークで呼を開始する場合、発呼側はまず入方向ＥＯ交換機に接続した電話を使用して、着呼側の電話番号をダイアルする。ダイアルされた電話番号は電話から発呼者側の地域のＬＥＣ（ローカルの電気通信サービスプロバイダ）の入方向ＥＯのＳＳＰに送られる。ＳＳＰは最初に、特定の基準を満たしているか否かに基づいて内部の経路規約の処理を開始する。次に、ＳＳＰは必要に応じて他のＥＯまたはアクセスタンデム（ＡＴ）へ信号メッセージを開始する。信号情報はＳＳＰからＳＴＰに送られ、信号は入方向ＥＯと着信側ＥＯ、または出方向ＥＯとの間で転送される。出方向ＥＯは、着呼側の電話番号で指定されたポートを有している。呼は、直接のトランキングがない場合、または直接トランキングが満杯の場合はタンデム交換機を介して、ＥＯ間を直接接続として設定される。呼が長距離呼の場合、すなわち発呼側と着呼側が異なるＬＡＴＡ（ローカルアクセス伝送地域）にある場合、呼はＩＸＣ（長距離電気通信サービスプロバイダ）を介して接続される。このような長距離呼は一般的にinter-ＬＡＴＡ呼と呼ばれている。ＬＥＣとＩＸＣを総称してＰＳＴＮ（公衆交換電話網）と呼ぶ。
【０１９６】  １９９６年の、地域電話サービス市場の競争を認める電気通信法の通過により、ＣＬＥＣがＩＬＥＣと競争して地域の電気通信サービスを提供することが可能になった。しかしながら、この競争は大量の音声およびデータ通信を処理するために必要な帯域幅の提供にまでは至らなかった。これは、ＬＥＣが使用している装置の帯域幅に制限があるという回線交換技術の限界と、膨大な設備投資を必要とすることに原因がある。
ｅ．回線交換
【０１９７】  回線交換は、あるチャネルをある呼に対してその呼の期間専用にする。このため、回線交換が大量の音声呼を処理するためには大量の交換帯域幅を必要とする。この問題は、音声通信を処理するために設計された装置を介してデータ通信を行う音声回線により複雑になっている。
ｉ．時分割多重（ＴＤＭ）回線交換
【０１９８】  ＴＤＭ回線交換はフルタイム接続、または二つの接続された装置の間で接続している期間専用回線を生成する。ＴＤＭは帯域幅を固定されたタイムスロットに分割する。こうしてそれぞれが独自の定められた容量を利用可能な複数のタイムスロットを生成することができる。ＴＤＭネットワークで接続された装置にはそれぞれ必要な速度に応じて、帯域幅の中から決められた部分が一つ以上のタイムスロットを使用して割り当てられている。装置が送信モードにある場合、データは、処理または変換などのオーバーヘッドは付けずに、単にタイムスロットに配置される。したがって、ＴＤＭは伝送されるトラフィックに対して透過的なプロトコルである。究極的には、しかしながら、装置はデータを送信していない時、タイムスロットは空いているため、帯域幅が無駄になっていることになる。ネットワーク上の高速装置はデータ送信を待っている間に減速することがあるが、アイドル状態で待機状態にある容量を、送信時にこの優先度の高い装置に割り当てることはできない。今日の社会では需要によりデータのバーストはごく当たり前のことになりつつあるが、ＴＤＭはこのデータバーストに十分に対応していない。
２．データネットワーク
【０１９９】  図１Ｂに一例として、データネットワーク１４２に接続したワークステーション１４４と１４６を含んだネットワーク１４８を示している。データネットワーク１４２は、複数のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を接続するワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）として動作する。一例としてネットワーク１４８は、ＮＩＣ（ネットワークインタフェースカード）とイーサネットハブなどのハブで接続された複数のホストコンピュータ、例えばクライアントワークステーション１３７とサーバ１３６を含んでいる。ＬＡＮはネットワークルータ１４０によりデータネットワーク１４２に接続しており、ネットワークルータ１４０はクライアント１３８とサーバ１３６からワークステーション１４４、１４６にデートトラフィックが転送できるようにしている。
ａ．パケット交換
【０２００】  図１Ａと図２Ａに示された、回線交換接続を介してトラフィックを伝送する音声ネットワーク１００と２００とは異なり、データネットワーク１４８はパケット交換によりトラフィックを伝送する。
【０２０１】  現在、コンピュータを相互接続するインターネット、イントラネット、および同様の公衆データネットワーク、専用データネットワークは一般的にパケット交換技術を使用している。パケット交換は回線交換よりも効率的な電気通信チャネルである。パケット交換ネットワークは、デジタル化音声、データ、ビデオなど様々なタイプのデータを含むことができる情報のパケットを伝送する。パケット交換は、チャネルを一つの呼専用に割り当てるよりも、数多くの、様々な呼が通信チャネルを共有することを可能にする。音声呼では、例えば、発呼者間でデジタル音声情報が伝送されているのが時間の６０％で、残りの４０％の時間は沈黙をしていることがある。回線交換接続の場合、音声呼は、帯域幅の５０％が沈黙のために使用されていない通信チャネルと結びついている。データ呼の場合、情報が２台のコンピュータの間で時間の１０％を使って伝送されることがある。データ呼の場合、チャネルの９０％の帯域幅は未使用であることになる。これとは対照的に、パケット交換接続では、音声呼、データ呼、およびその他の可能な呼情報はすべて同じチャネルを介して送信される。
【０２０２】  パケット交換は媒体ストリームを、例えばパケット、セル、またはフレームと呼ばれる小さな断片に分ける。各パケットはその後、伝送する送信先のアドレス情報で符号化され、ネットワークを介して送信することができる。パケットは送信先で受信され、元の形式に組み立てられ、受信者に伝送される。この処理は、ＩＰ（インターネットプロトコル）と一般的に呼ばれる重要な通信プロトコルの一つに従って行うことができる。
【０２０３】  パケット交換型ネットワークでは、送信者と受信者の間に固定された連続的な物理的接続は存在しない。多くの異なった呼から伝送されるパケットは他の送信とネットワーク帯域幅を共有する。パケットは次に同時に多くの異なった経路を経て送信先に送信される。受信端に到着したパケットは再び組み立てることが可能である。このため、回線交換よりもはるかに効率的に電気通信帯域幅を使用できる。
ｂ．ルータ
【０２０４】  データネットワーク１４２は複数のネットワークルータ４０を備えている。ネットワークルータは複数のネットワークの間で情報を転送するために使用することができる。ルータは二つ以上のネットワークの間のインタフェースとして働く。ルータは例え二つのネットワーク間に複数の異なったネットワークが存在したとしても、その二つのネットワーク間で最善のパスを見つけることができる。
【０２０５】  ネットワークルータは様々なネットワークドメインを記載した表を備えることができる。ドメインはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）とみなすことができる。情報は複数のＬＡＮおよび／またはＷＡＮの間をネットワークルータを介して転送することができる。ルータはパケットを受信すると、パケットのヘッダの送信先アドレスからパケットの送信先ドメインを判断する。ルータが送信先ドメインに直接接続されていない場合、ルータはパケットをルータのデフォルトルータ、すなわち、ルータの階層のより高いルータに転送することができる。各ルータは接続しているデフォルトルータを有しているため、パケットは連続した複数のルータを介して送信先ドメインに送信され、パケットの最終送信先アドレスを有した送信先ホストに送信することができる。
ｃ．ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）とワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）
【０２０６】  ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）は、ホストコンピュータのネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）を介して相互に接続されている複数のホストコンピュータとみなすことができる。ＮＩＣは、ホストコンピュータ間の通信ができるように、例えば銅線を介して接続されている。ＬＡＮの例として、イーサネットバスネットワーク、イーサネットスイッチネットワーク、トークンリングネットワーク、ＦＤＤＩ（fiber digital data interconnect）ネットワーク、ＡＴＭネットワークなどが含まれる。
【０２０７】  ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）は、ホストコンピュータをワイドエリアを介して接続するネットワークである。特定のＬＡＮのホストコンピュータが他のＬＡＮまたはＷＡＮのホストコンピュータと通信できるように、ＬＡＮとＷＡＮを相互接続するネットワークインタフェースが必要となる。ネットワークインタフェースの例として上述のルータがあげられる。
【０２０８】  複数のＬＡＮおよび／またはＷＡＮを相互接続するように設計されたネットワークをインターネット（internet：「ｉ」は小文字）という。インターネット（「ｉ」は小文字）は、ＬＡＮおよびＷＡＮを含む複数のネットワークの間でデータを転送することができる。一つのＬＡＮのホストコンピュータと他のＷＡＮのホストコンピュータの間で、例えばインターネットプロトコル（ＩＰ）プロトコルにより通信をすることができる。ＩＰプロトコルを使用して各ネットワークのそれぞれのホストコンピュータに単一のＩＰアドレスを割り当てると、パケットはインターネットを介して、インターネットに接続している他のＬＡＮおよび／またはＷＡＮの他のホストコンピュータに伝送することが可能になる。インターネット（「ｉ」は小文字）は、二つ以上のネットワークに相互接続したルータを備えている。
【０２０９】  「インターネット」（「Ｉ」は大文字）は世界中のすべてのネットワークと相互接続したグローバルインターネットである。インターネット（「Ｉ」は大文字）はインターネットプロトコル（ＩＰ）系統のプロトコルを介して相互接続したコンピュータのグローバルネットワークから構成されている。
【０２１０】  「イントラネット」は、インターネットソフトウェアとインターネット標準を使用した専用ネットワークのインターネット（「ｉ」は小文字）である。イントラネットは、そのネットワークを使用するために必要な権限を与えられた人間によって使用されるように予約することができる。
ｄ．スイッチングとルーティング
【０２１１】  ルーティング（経路指定）はＩＰＸまたはＴＣＰ／ＩＰなどのプロトコルで中レベルのネットワークアーキテクチャで実行される。スイッチング（交換）はより低いレベル、ＯＳＩモデルのレイヤ２、すなわち媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層で実行される。
ｅ．ＴＣＰ／ＩＰパケット中心型データネットワーク対ＡＴＭ回線中心型データネットワーク
【０２１２】  非同期伝送モード（ＡＴＭ）は固定サイズのセルを交換する回線中心型データネットワークである。ＡＴＭは仮想回線（ＶＣ）、仮想パス（ＶＰ）、および送信パス（ＴＰ）を実行する。ＡＴＭのような回線中心型ネットワークは、個別のトラフィックタイプに仮想回線を専用に割り当てることにより、ＱｏＳを提供する送信元および送信先ノードの間で仮想回線を設定する。
【０２１３】  一部のネットワークはパケット中心型ネットワークである。回線中心型ネットワークとは異なり、パケット中心型ネットワークはパケットを転送する際に専用回線を使用しない。ＴＣＰ／ＩＰはユーザデータをパケット化して、ＩＰネットワークの様々なシステムの間に送信する。大きなファイルがプロトコルスタックに送信されると、ＩＰ機能がデータをセグメントに分け、次にパケットに分割する。パケットにはヘッダが付けられてデータリンクに伝送される。このデータのルーティングとスイッチングはＩＰ（すなわちネットワーク）層で行われる。ＩＰはある意味でダンププロトコルである。パケットを媒体を介して送信する準備ができると、ＩＰは明示的に呼を特定のチャネルを介して経路指定することはしない。その代わり、パケットにヘッダを付けてネットワークに処理させる。したがって、外方向に向かうパケットは様々な経路を経て送信元から送信先に伝送されることになる。これは、パケットは他のプロトコルのように順番に番号づけられているのではなく、データグラムの形式であることを意味する。ＩＰは最善を尽くしてパケットを送信先のネットワークインタフェースに伝送するが、データが到着するかどうか、データにエラーなく送信されるかどうか、データが通過するノードがそれらのデータと順番の正確さに関与するかどうか、あるいは伝送中に問題が発生した場合に送信者に警告するかどうかは保証されていない。パケットをＩＰ経路指定する際に、送信したパケットがネットワークでループすることがあるため、ＩＰにはネットワークで特定の数の「ホップ」、またはいわゆる「有効期限」を許可するヘッダ情報の機能がある。配送されない「荷物」がネットワークの中を循環し続けることのないように、ＩＰはパケットがネットワークノードを通過することに減分するカウンタ機能を備えている。カウンタが切れたパケットはノードが破棄する。ＩＰとともに、ＴＣＰは信頼性のあるデータストリームの送信および伝送を確保するように制御を行う。送信端で、ＴＣＰはＩＰプロトコル層に送信する情報にバイトカウントヘッダを付け、パケットの一部としてカプセル化する。受信端では、パケットを受信すると、パケットを並び替え、正確さを確保する。すべてのＩＰフローが正しく受信されていない場合、バイトカウント肯定応答または否定応答が送信端に返送され、パケットフローの残りの部分を充足するために必要なバイトを再送するように送信端を促す。ＴＣＰはさらに、否定応答されたパケットが再送されるまで追加のパケットをバッファする。
３．ビデオネットワーク
【０２１４】  図１Ｃに、ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークなど従来のビデオネットワーク１５０を示す。ビデオネットワーク１５０は、様々なビデオキャプチャ、配線リンク（distribution link）、ビデオ出力モニタに接続されたビデオネットワーク１６０を含むことができる。ビデオ入力装置は、例えば会議用カメラ、１５４、１５９を含むことができる。ビデオ出力装置は、例えばテレビ１５２、１５６を含むことができる。ビデオネットワーク１６０は、ヘッド端（head end）（ケーブルのサービス端（serving end））と、同軸ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）、および各種のビデオ信号を多重化するＮＴＳＣ（national television standard code）チューナ装置を含むことができる。標準ケーブルシステムは膨大な利用可能な帯域幅を有している。
【０２１５】  ＣＡＴＶは無線通信方法であることに注意する必要がある。多くのビデオ信号の周波数はケーブルに沿って同時に分配される。テレビチューナは、特定の周波数または「周波数帯」にチューニングすることにより特定のチャネルを選択する。
【０２１６】  ケーブルテレビＣＡＴＶビデオネットワークは物理ケーブルを一本しか備えていない場合もしばしばあるが、ケーブルは同時に複数の数のチャネルを持つことができる。これは、ケーブルの周波数スペクトラムを共有し、周波数分割多重（ＦＤＭ）を使用して、複数の周波数範囲を複数のチャネルに割り当てることにより可能である。広帯域ケーブル通信システムはＣＡＴＶシステムと全く同じように動作する。このＦＤＭ技術のカウンタはケーブルを周波数帯に分けて分割するのではなく、時分割多重（ＴＤＭ）によりタイムスロットに分けて分割する。ＴＤＭにより、各ビデオ送信局はそれぞれケーブルの全周波数帯を獲得することができるが、とても短い期間だけである。ケーブルは現在、750MHzまで伝送することが可能である。FDM技術を使用してチャネルを複数の専用論理チャネルに分割することができる。技術革新により時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）をＦＤＭチャネル内で行うことが可能になった。
【０２１７】  ケーブルシステムは二つの独立したディメンションを多重して、１本のケーブルに複数のデータチャネルを生成することができる。チャネルはＦＤＭにより分離し、一つの周波数帯をＴＤＭＡにより複数のユーザが共有することができる。広帯域にＴＤＭＡアクセス方法を応用した最も一般的な方法としてＸＥＲＯＸがイーサネット用に開発したＣＳＭＡ／ＣＤがある。
【０２１８】  一本のケーブルを使用して、ミッドスプリット（midsplit）により双方向同時送信を可能にする。もう一つの方法として二重ケーブルシステムを使用して双方向同時送信を行う方法もある。
【０２１９】  広帯域は基本的にアナログ信号方法である。例えば、ビデオカメラもまたアナログ装置であるため、ビデオカメラ（またはレコーダ）からの信号は直接広帯域ケーブルチャネルを介して赤／緑／青（ＲＧＢ）のフォーマットで送信することができる。
Ｇ．音声／データ／ビデオネットワークの集約
【０２２０】  インターネットなどパケット交換型データネットワーク固有の効率性が認められ最近は、音声、データ、ビデオおよびその他の情報をデジタル化して集約型パケット交換データネットワークを介して伝送することに主な注目が寄せられている。最終ユーザに高品質のサービス品質（ＱｏＳ）を提供するため、データネットワークは、様々な種類の情報を適時に、適当な帯域幅で最終ユーザが許容できる便利性をもって提供するように努めている。
【０２２１】  図２Ｃに一例として、音声、データおよびビデオトラフィックをデータネットワークを介して伝送するネットワーク２８６を示す。ネットワーク２８６は、ＥＯ１０４ｂをホームとする発呼側１０２ｂを有し、ＥＯ１０４ｂは電話用ゲートウェイ２８８ｂにリンクしている。ネットワーク２８６はまた、ＥＯ１０８ｃをホームとする着呼側１１０ｃを有し、ＥＯ１０８ｃは電話用ゲートウェイ２８８ｃにリンクしている。ＥＯ１０４ｂ、１０８ｃと電話用ゲートウェイ２８８ｂ、２８８ｃは信号ネットワーク１１４にリンクすることができる。電話用ゲートウェイ２８８ｂ、２８８ｃはまたそれぞれ、ルータ１４０ｂ、１４０ｃを介してデータネットワーク１４２と接続することができる。
【０２２２】  図１Ｃに示すように、電話用ゲートウェイ２８８ｂ、２８８ｃを使用して音声トラフィックと信号情報を適当な形式にパケット化し、データネットワーク１４２を介して伝送することができる。当業者には、電話用ゲートウェイ２８８ｂ、２８８ｃが、呼の制御、設定および破棄用に設計された各種のコンピュータ装置を備えられることは自明である。データネットワークを介して伝送される音声呼は、例えばＶｏＰ（voice over packet）、ＶｏＤ（voice over data）、ＶｏＩＰ（voice over internet protocol）、ＶｏＡＴＭ（voice over asynchronous transfer mode）、ＶｏＦ（voice over frame）などを含むことができる。
【０２２３】  電話用ゲートウェイ２８８ｂ、２８８ｃは一例として、Luent社（Parsippany, New Jersey）、ＣＩＳＣＯ社（Palo Alto, California）などのベンダー製のＭＧＣＰ（media gateway protocol）準拠ゲートウェイがあげられる。さらにLevel 3 Communications of Lousvile社（Colorado）などSoftSwitch Consertium加入の会社から入手可能なソフトスイッチなど、ＶｏＩＰ等の伝送が可能なネットワーク装置が他にもあることに留意する必要がある。
【０２２４】  ネットワーク２８６は図示されているようにネットワーク１４２に接続した他の装置も備えている。第一に、Ｈ．３２３準拠ビデオ会議用システム２８９が図示されるカメラ１５４ｇ、テレビ１５２ｇ、ルータ１４０ｇを備えている。第二に、クライアントワークステーション１３８ａとサーバ１３６ａを備えたローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１２８ａがデータネットワーク１４２にネットワークルータ１４０ａを介して接続している。同様に、クライアントワークステーション１３８ｆとサーバ１３６ｆを備えたＬＡＮ１２８ｆがネットワークルータ１４０ｆを介してデータネットワーク１４２に接続している。
【０２２５】  データネットワーク１４２はネットワークルーティング装置を介して情報のパケットを送信元からデータネットワーク１４２に接続した送信先に伝送することができる。例えば、データネットワーク１４２はインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットを伝送することにより音声およびデータトラフィックを電話用ゲートウェイ２８８ｂから電話用ゲートウェイ２９９ｃに送信することができる。データネットワーク１４２はパケット中心型データネットワークを表している。周知のデータネットワークとして地球規模のインターネットがあげられる。他の例として、専用イントラネット、パケット交換ネットワーク、フレームリレーネットワーク、非同期伝送モード（ＡＴＭ）回路中心型ネットワークも含まれる。
【０２２６】  他の実施例として、データネットワーク１４２はＩＰパケット交換ネットワークであってもよい。例えばＩＰネットワークなどのパケット交換ネットワークは、回線交換ネットワークとは異なり、パケット交換ネットワーク内の発呼端と終呼端の間に専用回線を必要としない。その代わりにパケット交換ネットワークはメッセージを情報のパケットと呼ばれる小片に分割する。そうして分割されたパケットは、パケットの送り先である送信先アドレスを明記したヘッダを付けてカプセル化される。パケット交換ネットワークはパケットを受け取ると、次にパケットのヘッダに入っている送信先アドレスで示された送信先にパケットを転送する。
【０２２７】  ルータ１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆ、１４０ｇは、例えば光りファイバリンク接続、銅線接続などの物理媒体により相互に接続することができる。ルータ１４０ａ〜ルータ１４０ｇはルーティングプロトコルに従って情報を転送し会って通信している。
【０２２８】  データネットワーク１４２は、ＩＰネットワーク、ＡＴＭ仮想回線中心型ネットワーク、フレームリレーネットワーク、Ｘ．２５ネットワーク、およびその他の種類のＬＡＮ、ＷＡＮにより実行される。その他のネットワークは、例えばＦＤＤＩ、ファーストイーサネット（Fast Ethernet）、またはＳＭＤＳパケット交換ネットワークなどのデータネットワーク１４２と相互に使用することができる。フレームリレーネットワークとＡＴＭは接続型、回線中心型サービスである。ＳＭＤＳ（switched multi-megabyte data service）は、45Mbpsまでの速度を提供可能な接続型大量パケットサービスである。
１．データネットワークの例
ａ．非同期転送モード（ＡＴＭ）
【０２２９】  ＡＴＭは高帯域幅、低遅延の、固定サイズのセルを使用した多重ネットワーク技術である。帯域幅容量は、ヘッダとペイロードフィールドを持つ５３バイトセルにセグメント化される。ハードウェア的に固定長セルの方が可変長サイズのパケットよりも交換が容易であり、ある環境では送信が高速になるだろうという考えから、ＡＴＭは固定長セルを使用している。
【０２３０】  ＡＴＭ環境は回線中心の方法で仮想回線を設定する。このためＡＴＭは、ＳＡＲ（segmentation and resequencing algorithm）を使用して可変長のＩＰパケットフローを固定サイズのセルにセグメント化する。
【０２３１】  ＡＴＭセルは４８バイトのペイロードフィールドと、セルのいわゆる「仮想回線」を識別する５バイトのヘッダを有することができる。ＡＴＭは、音声、データ、ビデオのサービスを高速に組み合わせることに適していると考えられている。現在、ＡＴＭアクセスは６２２Mbps以上の速度が可能になっている。ＡＴＭが実現可能な最高速度は毎年２倍ずつ増加している。
【０２３２】  ＡＴＭは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）、ＡＮＳＩ（米国国家規格協会）、ＥＴＳＩ、ＡＴＭフォーラムにより標準化されたプロトコルで定義されている。ＡＴＭは、送信パス、仮想パス、仮想チャネルなどの複数の構成ブロックからなっている。非同期転送モード（ＡＴＭ）は、広範囲の電気通信サービス用の回線中心型転送モードとして設計されたセルに基づいた交換多重技術である。ＡＴＭはまた、ＡＴＭフォーラムが明記しているように、ＬＡＮおよび専用ネットワーク技術に適用することができる。
【０２３３】  ＡＴＭは直接、またはアダプテーション層を介して接続型トラフィックを、またはアダプテーション層を使用して非接続型トラフィックを処理する。ＡＴＭ仮想接続は、ＣＢＲ（固定ビットレート）でもＶＢＲ（可変ビットレート）でも動作することができる。ＡＴＭネットワークに送信されるＡＴＭセルは、発呼元から送信先への仮想回線中心型接続を確立する情報を含んだ小さなヘッダが入っている。すべてのセルは順番にこの仮想接続を介して転送される。ＡＴＭはＰＶＣ（相手固定接続）もＳＶＣ（相手先選択接続）も提供する。ＡＴＭは非同期である。これは、タイムスロットが同期転送モード（ＳＴＭ）であることが要求されるため、送信されたセルは周期的である必要はないためである。
【０２３４】  ＡＴＭでは固定長のペイロードの先にヘッダフィールドを付ける方式を採用している。ＡＭＴヘッダは仮想チャネル（ＶＣ）を識別する。従って、タイムスロットは、送信準備のできたデータを持つホストが使用できる。送信準備のできたホストのない場合は空またはアイドルのセルが送信される。
【０２３５】  ＡＴＭは多重交換方法を定義したネットワークアーキテクチャの標準となっている。ＳＯＮＥＴ（synchronous optical network）は超高速送信の物理的な基礎を提供している。ＡＴＭはまた、遅延および損失性能に応じて、トラフィックタイプごとに別々の仮想回線を提供し、アプリケーションの必要要件ごとに複数のサービス品質（ＱｏＳ）クラスをサポートすることができる。ＡＴＭはまた、利用可能な帯域幅にＬＡＮに似たアクセスをサポートすることもできる。
【０２３６】  セルは、北米のＤＳ１、ＤＳ３、ＳＯＮＥＴ；欧州のＥ１、Ｅ３、Ｅ４；ＩＴＵ−Ｔ  ＳＴＭ標準；およびローカルのファイバおよび電気送信ペイロードなどの物理送信パスにマッピングされる。すべての情報はＡＴＭネットワークで、これらの固定長セルにより多重化、交換される。
【０２３７】  ＡＴＭセルヘッダフィールドは６つの部分から構成され、セルのタイプ、優先度を識別する。ＡＴＭセルヘッダはＧＦＣ（一般的フロー制御）、ＶＰＩ（仮想パス識別子）、ＶＣＩ（仮想チャネル識別子）、ＰＴ（ペイロードタイプ）ＣＬＰ（呼損失優先度）ＨＥＣ（ヘッダエラーチェック）を備えている。ＶＰＩとＶＣＩは送信先を識別し、ローカルでしか重要ではない。ＧＦＣは多重化装置にＡＴＭ端末のレートを制御させる。ＰＴは、セルがユーザデータ、信号データ、または保守情報を持っているかどうかを示す、ＣＬＰはセルの相対的な重要度を示す。輻輳の期間、優先度の低いセルは優先度の高いセルよりも先に破棄される。ＨＥＣはヘッダのエラーを検出し、訂正する。
【０２３８】  ＡＴＭセルペイロードフィールドはエラーをチェックしたり、訂正することなく、そのままの状態でネットワーク間を通過する。ＡＴＭはペイロードのエラーチェックや訂正の実行についてはより高い層のプロトコルに頼っている。例えば、エラー訂正機能は送信制御プロトコル（ＴＣＰ）を使用して実行することができる。セルサイズが固定であるため、ＡＴＭの交換および多重は単純になっており、高速で実行することができる。
【０２３９】  ＡＴＭの場合、長いパケットは多くの固定長のセルに分割されるため、他のパケット交換ネットワークとは違って、パケットが長いからといって短いパケットよりも遅れるということはない。この機能のため、ＡＴＭは、音声やビデオなどのＣＢＲトラフィックを、潜在的にパケットがとても長くなりやすいＶＢＲデータトラフィックと一緒に同じネットワークの中で伝送することが可能である。
【０２４０】  ＡＴＭはトラフィックを交換し、固定長のセルのセグメント化し、セルを一つのビットストリームに多重化して物理媒体を介して送信する。例えば、音声、ビデオ、データトラフィックなど、異なった種類のトラフィックをＡＴＭネットワークを介して送信することができる。ビデオと音声のトラフィックはとても時間に敏感であり、遅延は重大な変動を持つことはない。その一方で、データは接続型モードでも非接続型モードでも送信することができる。いずれの場合でもデータは音声やビデオのトラフィックほど遅延に敏感ではない。例えばスプレッドシートデータなどのデータトラフィックは送信の正確さが要求される。したがって、ＡＴＭは従来、音声、ビデオと、データトラフィックを区別する必要があった。音声とビデオのトラフィックは優先する必要があり、必ず伝送の遅延は制限された範囲でなければならない。しかしデータトラフィックは同時に損失が低くなければならない。集約データネットワークでは、データトラフィックはまた、音声トラフィックも伝送することもできるため、時間に依存している。ＡＴＭを実行した一つの実施例では、複数のタイプのトラフィックが一つのＡＴＭ仮想パス（ＶＰ）を介して、別のデータ、音声、ビデオトラフィックに割り当てられた仮想回線（ＶＣ）と組み合わさることがある。
【０２４１】  送信パスは一つ以上のＶＰを含むことができる。各ＶＰは一つ以上のＶＣを含むことができる。このため、複数のＶＣは一つのＶＰをトランクとして使用することができる。交換は伝送パス、ＶＰまたはＶＣのレベルで実行することができる。
【０２４２】  仮想チャネルレベルに交換する（switch：切り替える）ことができるＡＴＭの機能は、構内または公衆交換機（ＰＢＸ）または電話の電話交換機の動作と似ている。ＰＢＸ交換機の場合、トランク内の各チャネルをそれぞれ交換することができる。電話交換機と似ているため、ＶＣ通信を実行する装置は一般的にＶＣ交換機と呼ばれている。送信ネットワークと似ているため、ＶＰ通信を実行する装置は一般的にＶＰクロスコネクトと呼ばれている。これらの名称は理解しやすくするためのもので、意味を文字通りに解釈することはできない。ＡＴＭセル交換機はＶＣのだけの交換、およびＶＰだけのクロスコネクトに限定する必要はない。
【０２４３】  ＡＴＭ層で、ユーザは仮想パス接続（ＶＰＣ）、あるいは仮想チャネル接続（ＶＣＣ）を選択することができる。仮想パス接続（ＶＰＣ）は仮想パス識別子（ＶＰＩ）の値のみに基づいて交換される。ＶＰＩ内ではＶＣＣは同じルートに従うため、ＶＰＣのユーザは透過的にＶＣＣを割り当てることができる。仮想チャネル接続（ＶＣＣ）はＶＰＩと仮想チャネル識別子（ＶＣＩ）の値に応じて交換される。
【０２４４】  ＶＰＩとＶＣＩの両方を使用して呼をネットワークを介して伝送することができる。ＶＰＩとＶＣＩの値は同じ送信パス（ＴＰ）では一意でなければならないことに気を付ける。
【０２４５】  ここでネットワーク１４２は、ＡＴＭネットワークに加えて、様々なパケット交換データタイプネットワークを含む他のデータタイプネットワークであってもよいことに気を付ける必要がある。
ｂ．フレームリレー
【０２４６】  あるいは、データネットワーク１４２はフレームリレーネットワークであってもよい。当業者にとって、フレームリレーネットワークをデータネットワーク１４２として使用できることは自明である。ＡＴＭセルではなくデータはフレームで伝送することができる。
【０２４７】  フレームリレーはパケット交換プロトコルで、ＷＡＮで使用され、遠隔にあるＬＡＮとＬＡＮの接続で一般的になってきている。
【０２４８】  フレームリレーアクセスの速度は以前は約１．５Mbps以下であった。今日では約４５Mbpsのいわゆる「高速」フレームリレーが提供されている。ＡＴＭなどの他の技術と比較するとこの速度でもまだ遅い。
【０２４９】  フレームリレーサービスは、Ｘ．２５ネットワークを合理化したバージョンに似たパケット交換の形式を採用している。パケットは可変長のフレームの形式である。この方法が有利な点は、フレームリレーネットワークは、仮想的に負のデータプロトコルに関連した様々なサイズのデータパケットを収容することができることである。フレームリレーネットワークは比較的にプロトコルから独立している。データネットワーク１４２のフレームフレーネットワークの実施例では、従来のプロトコル規約のプロセスは実行しないため、一部の代替のネットワークと比較して高速で安価な交換を実行することができる。フレームリレーはまた、現在利用可能な信頼性のある回線用に設計されており、比較的に厳格でないエラー検出を実行するため、従来のＸ．２５ネットワークよりも高速である。
ｃ．インターネットプロトコル（ＩＰ）
【０２５０】  ある実施例では、ネットワーク１４２はＡＴＭネットワークを介したインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークであってもよい。当業者には、イーサネットなどの各種の他のデータリンク層ネットワークを介したインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークはをデータネットワークネットワーク１４２として使用できることは自明である。データを固定長のＡＴＭ回線中心型セルの代わりに、ＴＣＰによりセグメントに分割された可変長のＩＰデータグラムパケット中心型パケットで伝送することができる。ＩＰデータネットワークは、例えば、ＳＯＮＥＴ光ファイバネットワークなどのいくつかの物理ネットワークよりも上位に位置することができる。
２．仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）
【０２５１】  仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）は使用するときには専用回線のようであるが、実際には、公衆ネットワークですべての顧客の間で共有されているトランクを含む、電気通信事業者が提供するワイドエリア通信ネットワークである。ＶＰＮは有線ネットワークを介してサービスを提供することができるが、無線ネットワークでも同様にサービスを提供することができる。ＶＰＮは公衆ネットワークの中で専用ネットワークを構成することができる。
【０２５２】  ＶＰＮは電気通信事業者が顧客に、安全で、保証された、ＷＡＮ用の長距離帯域幅を提供することができる。これらのＶＰＮは、一般的にフレームリレー、またはＳＭＤＳ（switched multi-megabyte data service）のいずれかのプロトコルを選択して使用することができる。それらのプロトコルは物理的な位置とは無関係に、ネットワーク上で論理的にユーザのグループを定義するからである。複雑なアプリケーションを処理する企業は高い信頼性と大きな帯域幅を必要とするため、ＡＴＭはＶＰＮプロトコルとして好まれている。ＶＰＮはＡＴＭを使用してそのような企業のネットワークに、専用回線で設計されたＷＡＮと同様の仮想の安全性とＱｏＳの会社のネットワークを提供する。
【０２５３】  インターネットはＶＰＮの代わりにはるかに安価な仮想プライベートインターネットを作成した。ＶＰＩ（仮想プライベートインターネット）は企業がインターネットを介して異なったＬＡＮに接続することを可能にする。ユーザはソフトウェアだけをインストールするか、あるいはハードウェアとソフトウェアの組み合わせをインストールすることにより、ＶＰＮスタイルのネットワークの権限と暗号化機能を持った、安全な共有イントラネットを構築することができる。ＶＰＩは通常、ブラウザベースのアドミニストレーションインタフェースを使用する。
３．Ｈ．３２３ビデオ会議
【０２５４】  ビデオ会議に関するＨ．３２３勧告の概要について簡単に説明する。Ｈ．３２３標準は、インターネットを含むＩＰベースのネットワークを介した、例えば、オーディオ、ビデオ、およびデータ通信の基礎となっている。Ｈ．３２３勧告に準拠した、マルチメディアベンダからのマルチメディア製品やアプリケーションならば、ユーザは互換性の問題を気にすることなく通信することができる。Ｈ．３２３は、今後のＬＡＮに基づいた製品マルチメディアアプリケーションの基礎となることが見込まれている。
【０２５５】  Ｈ．３２３は、サービス品質（ＱｏＳ）を保証しないローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介したマルチメディア通信の標準を協議する国際電気通信連合（ＩＴＵ）傘下の勧告である。これのネットワークは、イーサネットを介したＩＰＸ、パケット交換ＴＣＰ／ＩＰ、高速イーサネット、トークンリングネットワーク技術を含めて、今日の企業のデスクトップで支配的である。したがって、Ｈ．３２３標準は、新しく広範囲にわたる共同製作型でマルチメディア通信用のＬＡＮに基づいたアプリケーションの重要な構成ブロックである。
【０２５６】  Ｈ．３２３仕様は１９９６年にＩＴＵの研究グループ１６により認可された。Ｖｅｒｓｉｏｎ２は１９９８年１月に認可された。Ｈ．３２３標準は、スタンドアローン装置、埋め込み式コンピュータ技術、ポイントツーポイント会議、ポイントツーマルチポイント会議も含み広範囲に及んでいる。Ｈ．３２３はさらに、呼制御、マルチメディア管理、帯域幅管理、ＬＡＮと他のネットワーク間のインタフェースも扱っている。
【０２５７】  Ｈ．３２３は、ある範囲のネットワークを介したビデオ会議を可能とする、一連の通信標準の一部である。このシリーズの通信標準はＨ．３２Ｘと呼ばれＨ．３２０とＨ．３２４を含んでいる。Ｈ．３２０とＨ．３２４はそれぞれＩＳＤＮとＰＳＴＮ通信を扱っている。
【０２５８】  Ｈ．３２３アーキテクチャは、端末、ゲートウェイ、ゲートキーパー（gatekeeper）、ＭＣＵ（マルチポイント制御ユニット）など、ネットワークに基づく通信に関して重要な４つの構成要素を定義している。
【０２５９】  端末とは、リアルタイム、双方向通信を提供するＬＡＮにおいてクライアント側のエンドポイントをいう。すべての端末は音声通信をサポートしている。ビデオとデータはオプションである。Ｈ．３２３は、異なったオーディオ、ビデオ、および／またはデータ端末が一緒に働くために必要な動作モードを定めている。Ｈ．３２３は次世代インターネット電話、オーディオ会議端末、ビデオ会議技術の標準である。
【０２６０】  Ｈ．３２３端末はまた、チャネルの使用と機能を交渉するために使用されるＨ．２４５をサポートしている。その他に３つの構成要素が必要である。ＲＡＳ（Registration/Administration/Status)と呼ばれる構成要素である、呼信号と呼設定用のＱ．９３１。ゲートキーパーと通信のために使用され、オーディオおよびビデオパケットを順序づけるＲＴＰ／ＲＴＣＰをサポートしている。
【０２６１】  Ｈ．３２３端末のオプションの構成要素がビデオコーデック、Ｔ．１２０データ会議プロトコル、ＭＣＵ機能である。
【０２６２】  ゲートウェイは、Ｈ．３２３会議のオプションの構成要素である。Ｈ．３２３ゲートウェイは多くのサービスを提供することができるが、その中で最も一般的なものがＨ．３２３会議エンドポイントと他の端末タイプとの間の変換機能である。この機能は、送信フォーマット（Ｈ．２２５からＨ．２２１へ）間と、通信手順（Ｈ．２４５からＨ．２２２へ）の変換を含む。さらに、ゲートウェイはまた、オーディオとビデオのコーデックの間の変換も行い、ＬＡＮ側と交換回線ネットワーク側の両方で呼の設定と消去を行う。
【０２６３】  一般的に、Ｈ．３２３ゲートウェイの目的は、ＬＡＮエンドポイントの特徴をＳＣＮエンドポイントに反映すること、およびＳＣＮエンドポイントの特徴をＬＡＮエンドポイントに反映することにある。ゲートウェイの第一の用途は、アナログＰＳＴＮ端末とのリンクの確立、ＩＳＤＮに基づいた交換回線ネットワークを介したリモートＨ．３２０準拠端末とのリンクの確立、およびＰＳＴＮネットワークを介したリモートＨ．３２４準拠の端末とのリンクの確立にあると考えられる。
【０２６４】  同じＬＡＮ上ではエンドポイントは直接他のエンドポイントと通信できるため、ゲートウェイは他のネットワークと接続をしない場合は必要がない。端末は、Ｈ．２４５とＱ．９３１プロトコルを使用してゲートウェイと通信をする。
【０２６５】  適当なトランスコーダを使用することにより、Ｈ．３２３ゲートウェイ５８０６は、Ｈ．３１０、Ｈ．３２１、Ｈ．３２２、Ｖ．７０準拠の端末をサポートすることができる。
【０２６６】  多くのゲートウェイ機能は設計者に任せられている。例えば、ゲートウェイを介して通信可能なＨ．３２３端末の実際の数については標準では定められていない。同様に、ＳＣＮ接続の数、同時にサポートする独立した会議の数、オーディオ／ビデオ／データ変換機能、および包括される複数の機能も製造者に委ねられている。Ｈ．３２３ゲートウェイ技術をＨ．３２３仕様に組み込むことにより、ＩＴＵはＨ．３２３を、標準に基づいた会議エンドポイントをまとめる手段として位置づけている。
【０２６７】  ゲートキーパーはＨ．３２３が使用可能な最も重要な構成要素である。ゾーン内にあるすべての呼に対する中央ポイントとして働き、登録されたエンドポイントに呼制御サービスを提供する。多くの意味で、Ｈ．３２３ゲートウェイは仮想交換機として働く。
【０２６８】  ゲートキーパーは二つの重要な呼制御機能を実行する。第一の呼制御機能は、ＲＡＳ仕様に定義されている、端末およびゲートウェイ用ＬＡＮエイリアスからＩＰまたはＩＰＸアドレスへのアドレス変換である。第二の呼制御機能は、やはりＲＡＳ仕様に明記されている帯域幅管理である。例えば、ネットワークマネージャがＬＡＮ上の同時に行う会議の数のしきい値を指定したとする。ゲートキーパーは接続が一度しきい値に達すると、それ以上の接続を確立する際に混乱することがある。これにより、会議用帯域幅全体が利用可能な帯域幅の一部に限定され、残りの機能は電子メール、ファイル転送、およびその他のＬＡＮプロトコルに充てられることになる。一つのゲートキーパーにより管理することができる端末、ゲートウェイ、複数の制御ユニットをすべてまとめてＨ．３２３ゾーンと呼ばれている。
【０２６９】  オプションではあるが、ゲートキーパーの貴重な機能が、Ｈ．３２３呼の経路設定機能である。ゲートキーパーを介して呼を設定することにより、呼をより効果的に制御することができる。サービスプロバイダは、ネットワーク中に配置される呼を課金するためにこの機能が必要である。このサービスはまた、着呼側エンドポイント（ＥＯ）が使用できないときに、呼を他のエンドポイントに経路設定し直すために使用することができる。さらに、Ｈ．３２３呼を経路設定することが可能なゲートキーパーは、複数のゲートウェイの間のバランシング（balancing：平衡化）に関わる決定を助けることができる。例えば、ある呼があるゲートキーパーを介して経路設定された場合、その後、ゲートキーパーはその呼を適当な経路設定論理に基づいて、多くのゲートウェイの中の一つに経路設定し直すことができる。
【０２７０】  ゲートキーパーは論理的にＨ．３２３エンドポイントから独立しているが、ベンダーはゲートキーパー機能をゲートウェイとＭＣＵの物理的な実施に統合することができる。
【０２７１】  ゲートキーパーはＨ．３２３システムでは要求されていない。しかしながら、ゲートキーパーは存在し、端末はゲートキーパーが提供するサービスを使用することができる。ＲＡＳはこれらをアドレス変換、アドミッション制御、帯域幅制御、ゾーン管理として定義する。
【０２７２】  ゲートキーパーはまた、マルチポイント接続でもある役割を果たすことができる。マルチポイント会議をサポートするために、ユーザはゲートキーパーを採用して２台の端末からポイントツーポイント会議へのＨ．２４５制御チャネルを受信するとことができる。会議がマルチポイントに交換、すなわち切り替わる際、ゲートキーパーはＨ．２４５制御チャネルをマルチポイントコントローラ（ＭＣ）にリダイレクトすることができる。このため、ゲートキーパーははＨ．２４５信号を処理する必要はなく、端末間、または端末とＭＣ間で信号を転送するだけでよい。
【０２７３】  ゲートウェイを備えたＬＡＮがさらに、着信Ｅ．１６４アドレスをトランスポートアドレス（Transport Address）に変換するゲートウェイを備えることができる。ゾーンはゲートキーパーにより定義されるため、内部ゲートキーパーを備えたＨ．３２３エンティティは、ＬＡＮ上に１台のゲートキーパーを備えた複数のＨ．３２３エンティティがある場合、複数のエンティティが同じゾーンに条件設定することができるように、内部機能を使用不能にする機構を必要とすることもある。
【０２７４】  ＭＳＵ（Multipoint Control Unit）は、３つ以上のエンドポイント間の会議をサポートする。Ｈ．３２３では、ＭＣＵはＭＣ（Multipoint Controller）とＭＰ（Multipoint Processor）から構成される。ＭＣは必須であるが、ＭＰはなくてもよく、または複数台あってもよい。ＭＣはすべての端末の間でＨ．２４５ネゴシエーションを処理し、オーディオおよびビデオ処理のための共通機能を判断する。ＭＣはまた、マルチキャストするオーディオおよびビデオストリームを判断することにより、会議用リソースの制御も行う。
【０２７５】  ＭＣは直接メディアストリームを処理することはしない。これは、オーディオ、ビデオおよび／またはデータビットの混合、交換および処理を行うＭＰに委ねられている。ＭＣ機能とＭＰ機能は専用の構成要素として存在することもできるし、また他のＨ．３２３構成要素の一部として存在することもできる。
【０２７６】  本発明は、ＲＦＣ１１１２、１５８４との互換性、マルチメディア、電話会議、データベース、分散コンピューティング、リアルタイムワークグループなどのアプリケーションのマルチキャストの認識とサポート、無線リンクを介したブロードキャスティング機能のサポート、帯域幅の保存、ＱｏＳ待ち時間性能の維持、ＩＰｖ６  ＩＧＭＰおよびＩＰｖ４  ＩＧＭＰマルチキャストのサポート、グループメンバーシップ照会、グループメンバーシップレポートメッセージなどを含めて、無線基地局３０２のマルチキャストをサポートする。
【０２７７】  １９９８年１月に認可されたＨ．３２３標準のバージョン２はバージョン１の欠点に対応しており、Q．931、Ｈ．２４５、Ｈ．２２５などの既存のプロトコルだけでなく、全く新しいプロトコルにも新しい機能を導入している。最も重要な進歩はセキュリティ、高速呼設定、補助サービス、Ｔ．１２０／Ｈ．３２３の統合にある。
Ｇ．パケット中心型ＱｏＳ感知型無線ポイントツーマルチポイント（ＰｔＭＰ）電気通信システム
１．無線ポイントツーマルチポイント電気通信システム
【０２７８】  図２Ｄに、データネットワーク１４２にルータ１４０ｄを介して接続したポイントツーマルチポイント（ＭｔＭＰ）無線ネットワーク２９８を備えたネットワーク２９６が示されている。ネットワーク２９６は図２ｃからのネットワーク２８６に加えて、ＰｔＭＰ無線ネットワーク２９８を含んでいることに注意することが重要である。ＰｔＭＰ無線ネットワーク２９８は加入者の場所にあるＣＰＥ（customer premise equipment）により、共有帯域幅を介した無線接続によりデータネットワーク１４２に接続した各種の音声、データおよびビデオのリソースへのアクセスを得ることを可能にする。無線ＰｔＭＰネットワーク２９８は、ＴＣＰ／ＩＰパケット中心型（通信ＩＰフローを伝送する際に専用回線を生成しない）パケット交換型でＱｏＳ感知型ネットワークである。
【０２７９】  特にＰｔＭＰ無線ネットワーク２９８は、例えば無線接続によりルータ１４０ｄに接続した無線アクセスポイント（ＷＡＰ）２９０ｄを備えている。同様に、無線アクセスポイント２９０ｅも無線接続によりルータ１４０ｅに接続することができる。ＷＡＰ２９０ｄは、例えば無線周波数（ＲＦ）通信などにより、１台以上の無線とトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄと２９２ｅと無線通信を行う。当業者には、マイクロ波、セルラー、スペクトラム拡散、ＰＣＳ(personal communications system)、衛星通信などの各種無線通信方法が使用可能であることは自明である。
【０２８０】  代替の実施例として、ＲＦ通信はケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）同軸ケーブルを介して行うこともできる。当業者にはＲＦ波を伝搬させる導波路として同軸ケーブルが機能することは理解できることである。したがって、ＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄとＷＡＰ２９０ｄとの間の通信リンクを同軸ケーブルにすることは可能である。同軸接続は無線接続と似ているため、本発明では無線接続の代替形式としてあげている。
【０２８１】  もう一つの代替の実施例として、ＲＦ通信をＬＥＯ（周回低軌道）衛星接続または周回高軌道衛星などの衛星接続を介して行うことができる。ＬＥＯ衛星接続の一例として、ＷＡＰ２９０ｄとＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄが本発明に記載の機能を追加することにより衛星ゲートウェイとして機能する。
【０２８２】  本発明はポイントツーマルチポイントネットワークについて記載しているが、本発明はポイントツーポイントネットワーク環境にも同様に応用可能であることは当業者にとって自明である。
【０２８３】  図３Ａに本発明の一つの実施例を示す。ＷＡＰ２９０ｄと２９０ｅは無線基地局３０２と接続することができる。無線基地局３０２では後で図面で説明するように「ＩＰフロー」トラフィックをキューに入れ、分析し、特徴付け、クラス分け、優先度付け、スケジューリングすることができる。
【０２８４】  図３Ｂに本発明の一つの実施例を示す。アンテナ２９２ｄ、２９２ｅはそれぞれ加入者ＣＰＥ（customer premise equipment）局２９４ｄと２９４ｅに接続している（それぞれをＣＰＥ２９４ｄ、２９４ｅもと呼ぶ）。加入者ＣＰＥ局２９４ｄと２９４ｅは有線または無線接続により他の各種ＣＰＥ装置と接続している。例えば、ＣＰＥ局２９４ｄ、２９４ｅは音声発呼側１２４ｄ、１２４ｅ、１２６ｄ、１２６ｅ、ファクス機１１６ｄ、１１６ｅ、ビデオモニタ１５２ｄ、１５２ｅ、カメラ１５４ｄ、１５４ｅからなるビデオ会議装置、クライアントコンピュータ１２０ｄ、１２０ｅ、サーバ１２２ｄ、１２２ｅからなるホストコンピュータに接続することができる。ＰＢＸなどの各種レガシー装置もＣＰＥ２９４ｄ、２９４ｅに接続することができる。さらに、CISCOシステム社、San Jose、ＣＡの子会社であるSelsius社から入手可能なイーサネット電話などの次世代技術、およびその他のインターネットアプリケーションもＣＰＥ２９４ｄ、２９４ｅにＬＡＮ接続を介して接続することができる。Ｈ．３２３準拠会議装置などのその他のビデオ会議装置もＣＰＥ２９４ｄ、２９４ｅに接続することが可能である。
【０２８５】  本発明のある実施例では、アンテナ２９２ｄ、２９２ｅのいずれかがアンテナまたはバックアップ無線通信パス用のＷＡＰ２９０ｄ、２９０ｅの両方と通信することができる。
【０２８６】  図３Ａに本発明のＰｔＭＰネットワークの透視図３００の一例を示す。透視図３００には、加入者の場所３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄ、３０６ｅ、３０６ｆ、３０６ｇ、３０６ｈ、３０６ｉ、３０６ｊと無線通信する無線基地局３０２が示されている。特に、無線基地局３０２は無線アクセスポイント２９０ｄを介して加入者の場所３０６ａ〜３０６ｊの加入者アンテナ２９２ａ〜２９２ｊと通信をする。
【０２８７】  無線基地局３０２はインタフェース３２０でネットワークルータ１４０ｄに、例えば有線接続により接続している。ネットワークルータ１４０ｄは、例えば電話ゲートウェイ２８８ｂなどのデータネットワーク１４２のその他のノードにトラフィックをルート指定するその他の各種ネットワークルータ１４０ｂを含むデータネットワーク１４２に接続している。
【０２８８】  図３Ｂには、本発明の無線ＰｔＭＰを示すブロック図３１０が示されている。ブロック図３１０には、インタフェース３２０でデータネットワーク１４２に接続した無線基地局３０２が示されている。さらに、データネットワーク１４２にはルータ１４０ｄと、ＥＯ１０４ｂのクラス５中央局（ＣＯ）交換機に接続している電話ゲートウェイ２８８ｂが接続している。ＩＰ電話ゲートウェイ２８８ｂは電話トラフィックを、例えばパケットをＴＤＭ（time domain multiplexed）標準電話信号に変換することによりＰＳＴＮ設備で終端させている。無線基地局３０２は加入者の場所３０６ｄの無線ＣＰＥ２９４ｄとアンテナＷＡＰ２９０ｄ、２９２ｄを介して通信している。当業者には、ＣＰＥ２９４ｄは、例えば電話装置のない一つ以上のホストコンピュータ、ホストコンピュータのない一つ以上の電話、一つ以上のホストコンピュータ、一つ以上の電話装置、モニタとカメラを装備したホストコンピュータを含むことができる一つ以上のＨ．３２３機能ビデオ会議プラットフォームを備えるように、他の条件設定を行えることは自明である。
【０２８９】  図示されるように、ＣＰＥ２９４ｄは、例えばアナログ電話の電話装置１２４ｄ、１２６ｄ、ホストコンピュータ、クライアント１２０ｄとサーバ１２２ｄとつながっている。クライアント１２０ｄとサーバ１２２ｄはＣＰＥ２９４ｄと、例えばイーサネットＬＡＮなどのＬＡＮ接続、または、高速データ接続を提供するレガシー（legacy：古い）Ｖ．３５装置３２２ｄにより接続することができる。データネットワークに接続が可能なその他のインターネットアプリケーションもまた、ＣＰＥ２９４ｄに接続することができる。
２．ネットワーキングプロトコルスタックアーキテクチャ − 無線ＩＰネットワークアクセスアーキテクチャ（ＷＩＮＡＡＲ）
【０２９０】  図４に本発明の無線ＩＰネットワークアクセスアーキテクチャ（ＷＩＮＡＡＲ）４００を示す。アーキテクチャ４００は、パケット交換、共有帯域幅、無線ＰｔＭＰ接続によるＩＰ中心型、ＱｏＳをサポートするように拡張されたバージョンのＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックを示している。ネットワーキングプロトコルスタックは、物理層（ＯＳＩ層１）４０２、データリンク層（ＯＳＩ層２）４０４、ネットワーク層（ＯＳＩ層７）４０６、４０８、トランスポート層（ＯＳＩ層４）４１０およびアプリケーション層（ＯＳＩ層７）４１２から構成されるＯＳＩ（開放型システム間相互接続）７層ネットワーキングプロトコルスタックで説明されている。
ａ．物理層
【０２９１】  実施例の例として物理層４０２は、複数の無線アプリケーション別統合回線（ｗＡＳＩＣ）、市販の１６ＱＡＭ／ＱＰＳＫ４１６ＡＳＩＣ、ＩＭＭＵＮＥ（Interference Mitigation and Multipath Negotiation）／有害な干渉を最小化および／または解消するRF 418アルゴリズムＡＳＩＣ、与えられた周波数のノイズレベルに応じて周波数レベルを変更することによりデータリンクの保全性を最適化する動的で適応的なマルチチャネル送信を提供するＦＨ（frequency hopping）419  ＡＳＩＣを使用して実行することができる。物理層４０２は無線周波数（ＲＦ）信号４１５を含むことができる。
ｂ．データリンク層
【０２９２】  データリンク層４０４は物理層４０２の上位に位置する。データリンク層４０４は、ＭＡＣ層部４１４ａ、ＰＲＩＭＭＡ（proactive reservation-based intelligent multi-media access）技術部４１４ｂ、４１４ｃとして図４００に示されるＭＡＣ（媒体アクセス制御）層部４１４を含むことができる。矢印４２６、４２８、４３０はそれぞれＭＡＣ層４１４が、データおよびマルチメディアアプリケーション層４２５、ＴＣＰ／ＵＤＰ層４２７、ＩＰ層４２９からヘッダ情報を読み取り、「ＩＰフロー」のＩＰパケットを分析し、スケジューリングすることができることを示している。ＩＰフローのＩＰパケットは、ヘッダ情報を分析することにより識別され、ＩＰフローのＱｏＳ要件を判断し、ＩＰフローの特徴付け、クラス分け、表現、優先度付け、スケジューリングを可能にする。
ｃ．ネットワーク層
１．インターネットプロトコル（ＩＰ）
【０２９３】  ネットワーク層４０８はインターネットプロトコル（ＩＰ）４２９である。データネットワーク１４２を参照して説明したようにＩＰは情報のパケットを処理する標準プロトコルである（これについてはさらに後で説明する）。図７に示されるように、ＩＰヘッダフィールド７０２は、例えば送信元および送信先ＩＰアドレス、ＩＰ  ＴＯＳ（サービスのタイプ、種類）、ＩＰ  ＴＬＬ（有効期限）、およびプロトコルのフィールドを含むことができる。ＩＰは、ネットワークの不良にとても柔軟なデータグラムプロトコルであるが、シーケンスの伝送は保証しない。ルータはＩＣＭＰ（インターネット制御メッセージプロトコル）を使用してエラーおよび制御メッセージを他のルータに送信する。ＩＣＭＰはまた、ユーザが「ping」（エコーパケット）を送信してＩＰアドレスホストの到達可能性と往復遅延を検査することができる機能も提供可能である。もう一つのＯＳＩ層３プロトコルは、データリンク層に直接インタフェースを提供可能なＡＲＰ（address resolution protocl）である。ＡＲＰは物理アドレス、例えばイーサネットＭＡＣアドレスをＩＰアドレスにマッピングする。
２．インターネットプロトコル（ＩＰ）ｖ４とｖ６
【０２９４】  ネットワーク層４０８のＩＰ４２９は、例えばＩＰバージョン４（ＩＰｖ４）またはＩＰバージョン６（ＩＰｖ６）であってもよい。ＩＰｖ６（次世代インターネットプロトコルまたはＩＰｎｇと呼ばれることもある）は現在のバージョンのインターネットプロトコル、ＩＰｖ４の後方互換性をもたせて拡張したバージョンである。ＩＰｖ６はインターネットの成功により生じた問題（アドレス空間およびルータテーブルの不足）を解決するために設計された。ＩＰｖ６はまた、回線のセキュリティ、自動条件設定、ＱｏＳに類似したリアルタイムサービスを含む必要な機能を追加している。インターネットの利用が増加し、割り当てるＩＰアドレスの数が多くなったため、アドレス容量を増やすことが緊急に必要になった。ＩＰｖ４は３２バイトの数字を使用してアドレスを形成するため、約４０億の異なるネットワークアドレスを提供することができる。これに対して、ＩＰｖ６は１２８バイトの数字を使用してアドレスを形成するため、はるかに多い数のアドレスを提供することができる。
３．ＲＳＶＰ（リソース予約プロトコル）
ネットワーク層４０８のＩＰ４２９はＲＳＶＰ拡張を持つことができる。ＩＰｖ４をＱｏＳ機能で拡張したＲＳＶＰはネットワークマネージャにアプリケーションの帯域幅要件に基づいて帯域幅を割り当させることになっている。基本的に、ＲＳＶＰは新しい通信プロトコルで、データ、ビデオ、オーディオのトラフィックをリアルタイムに送信するために帯域幅を予約する信号をルータに送ることが期待されている。
【０２９５】  接続ごとに動作するリソース予約プロトコルをネットワークで使用して、所定ユーザの優先度を一時的に上げることができる。ＲＳＶＰはエンド間で作動して特別な処理のためのアプリケーション要件を通信する。ＲＳＶＰはクライアントとサーバの間のセッションを識別し、そのセッションを処理するルータに、その通信にはルータのアクセスを優先するように要求する。セッションが終了すると、そのセッションのために予約されたリソースは他が使用できるように解放される。
【０２９６】  ＲＳＶＰは残念ながら信号スキームにおいて２つのレベルの優先度しか提供することができない。パケットは各ルータで優先度低または優先度高として識別される。しかしながら、ネットワークが混雑している場合、２つのレベルにクラス分けするだけでは不十分である。さらに、一つのルータで優先度を付けられたパケットは、次のルータで拒絶される場合もある。
【０２９７】  １９９７年に認められたＩＥＴＦ標準で、ＲＳＶＰは、帯域幅を誰が受けるかを統制しないことになったが、複数のユーザが同時に大量の帯域幅のブロックを要求した場合どうするかという疑問は残った。現在の技術はこの状況に対して、最初の者からサービスを受けるという概要を提示した。ＩＥＴＦはプロジェクトチームを結成してこの問題を検討している。
【０２９８】  ＲＳＶＰは特別なサービスのレベルを提供するため、多くの人がQoSをプロトコルと同一視する。例えば、Ｃｉｓｏｃｏは現在、ＩＰｖ４に基づいたインターネットワークルータのＲＳＶＰを使用してＩＰｖ６−タイプＱｏＳ機能を伝送している。しかしながら、ＲＳＶＰは所定のクライアント／サーバ接続内でサポートされている範囲でしか有効でないため、ＲＳＶＰはＱｏＳピクチャのごく一部にすぎない。ＲＳＶＰは、アプリケーションに待ち時間および帯域を要求することを可能にするが、ＲＳＶＰは、企業内のＱｏＳを統合するために必要な、輻輳制御またはネットワーク規模の優先度をトラフィックフロー管理に提供することはしない。さらに、ＲＳＶＰは無線媒体を介してパケットを伝送することに関連する課題に対処していない。
【０２９９】  本発明は、（１）ＲＦＣ２２０５に準拠する、（２）パスメッセージ(path message)、予約(Reservation (Resv)メッセージ、パス破棄メッセージ(path teardown message)、予約破棄メッセージ(resv teadown message)、パスエラーメッセージ(path error message)、Ｒｅｓｖエラー（Resv error）メッセージ、および確認メッセージ(confirmation message)などの確認メッセージなどのＲＳＶＰメッセージを認識し、サポートする、（３）null、session、RSVP_hop、time_values、style、flowspec、sender_tomplate、sender_Tspec、Adspec、Error_Spec、Policy_data、Integrity、Scope、Resv_ConfirmなどのＲＳＶＰオブジェクトを認識し、サポートする、（４）無線基地局３０２のＱｏＳリソース割り当てに関するＲＳＶＰ  Ｆｌｏｗｓｐｅｃｓの条件設定変換を提供する、ことにより、ＲＳＶＰをサポートする。
【０３００】  本発明は、（１）ＲＦＣ２４７４、２４７５のサポート、（２）インターネットのコアのＤｉｆｆＳｅｒｖ、（３）ホストおよびエッジネットワーク用ＲＳＶＰ／ｉｎｔ−ｓｅｒｖ、（４）ＤｉｆｆＳｅｒｖ互換性に関するアドミッション制御機能、（５）差別化サービス（ＤＳ）（ＤｉｆｆＳｅｒｖによる使用にサポートされたフィールドマーキング、無線基地局３０２リソース割り当てへの変換）、（６）複数のエンドツーエンドセッションを一つのトンネルセッションに収束することのサポート、によりＤｉｆｆＳｅｒｖおよびＲＳＶＰ／ｉｎｔ−ｓｅｒｖのサポートを提供する。
４．リアルタイムトランスポートプロトコル（ＲＴＰ）およびリアルタイム制御プロトコル（ＲＴＣＰ）
【０３０１】  トランスポート層４１０のＴＣＰはＲＴＰとＲＴＣＰ拡張を有することができる。リアルタイムトランスポートプロトコル（ＲＴＰ）は、ＩＥＴＦのオーディオ／ビデオトランスポート作業グループにより支持された新しいプロトコルである。図７に示されているように、ＲＴＰとＲＴＣＰヘッダフィールド７０８は複数の情報のサブフィールドを含むことができる。ＲＴＰは、パケット交換ネットワークを介したインタラクティブな音声およびビデオのリアルタイム送信をサポートする。ＲＴＰは内容識別、パケットシーケンシング、タイミング再構築、損失検出およびセキュリティを提供する小さなプロトコルである。ＲＴＰにより、遅延を制限しながらデータを一つ以上の送信先に伝送することが可能になる。
【０３０２】  インターネットストリームプロトコルバージョン２（ＳＴ２）などのＲＴＰとその他のインターネットリアルタイムプロトコルは、データ伝送の効率性に集中している。ＲＴＣＰなどのＲＴＰとその他のインターネットリアルタイムプロトコルは、持続的で大量のデータを交換する通信セッション用に設計されている。ＲＴＰはリソースの予約またはＱｏＳ制御を扱わない。その代わりＲＴＰは、通信をして動的に適当な帯域幅を割り当てるＲＳＶＰなどのリソース予約プロトコルに委ねている。
【０３０３】  ＲＴＰは、ＩＰパケットがデータか音声かを区別するヘッダとタイムスタンプを追加し、音声パケットの優先度付けを可能にしている。その一方でＲＳＶＰは、切れ目のないマルチメディアデータストリームを伝送するためにネットワーキング装置が帯域幅を予約することを可能にしている。
【０３０４】  リアルタイム制御プロトコル（ＲＴＣＰ）は、ネットワークの状態を分析するＲＴＰと同類のプロトコルである。ＲＴＣＰはマルチキャスト方式で動作し、ＲＴＰデータソースとセッション参加者全員にフィードバックをする。ＲＴＣＰはvoice-over-IPデータグラム伝送が専用ＩＰネットワークに流れ込むことを回避するために採用することができる。ＲＴＣＰを使用すると、アプリケーションにネットワーク送信のスパイクまたは変動を通知するので、ソフトウェアはネットワークの負荷の変化に適用することができる。ＲＴＣＰネットワークフィードバックを使用すると、電話ソフトウェアは圧縮アルゴリズムを接続の劣化に応じて交換する（切り替える）ことができる。
５．ＩＰマルチキャスティングプロトコル
【０３０５】  ネットワーク層４０８のＩＰ４２９はまた、マルチキャスティングプロトコルもサポートすることができる。デジタル化音声とビデオは大量のデータから構成されており、複数のパケットに分割されると、オリジナルのコンテンツの品質を保つために、適時に正しい順序で伝送される必要がある。プロトコルは、コンテンツを複数の受信者に効率的に送信する方法を提供することを中心として開発された。複数の受信者に送信することをマルチキャスティングという。マルチキャスティングとはメッセージを一つのホストから多くのホストに１対多の関係にブロードキャストすることに関係する。ネットワーク装置はメッセージを、ＰＣＳ、またはＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネット上のワークステーションなどの選択された他の装置のグループにブロードキャストする。例えば、ルータはルーティングテーブル更新に関する情報をネットワークの他のルータに送信することができる。
【０３０６】  インターネットプロトコル自体のアップグレードも含めて、複数のプロトコルがＩＰマルチキャスティング用に実装されている。例えば、ＩＰの最新バージョン、ＩＰｖ６の変更された部分の一部は、ユニキャスト（ポイントツーポイント通信）、エニーキャスト（any cast）（装置グループの中で最も近いものとの通信）、とマルチキャストを扱う各種のフォームをサポートする。ＩＰマルチキャストのサポートは、ＩＧＭＰ（Internet group management protocol）、ＰＩＭ（protocol-independent multi-cast）、ＤＶＭＲＰ（distance vector multi-cast routing protocol）などのいくつかのプロトコルからできている。キューイングアルゴリズムを使用することにより、ビデオまたはその他のマルチキャストデータタイプが可視的または可聴的な歪みなく、予定時に到着することを確実にすることができる。
【０３０７】  リアルタイムトランスポートプロトコル（ＲＴＰ）は現在、ＩＥＴＦのドラフトの段階であるが、ビデオおよび音声などのデータをエンドツーエンド、リアルタイムで伝送するように設計されている。ＲＴＰはＵＤＰ（ユーザデータグラムプロトコル）により動作し、適時の伝送、サービス品質（ＱｏＳ）、伝送、伝送の順序は保証しない。ＲＴＰはミキサー（mixer）、変換器（translator）とともに作動し、暗号化とセキュリティをサポートする。ＲＴＣＰ（リアルタイム制御プロトコル）は、ネットワーク状態を分析を定義するＲＴＰの一部である。ＲＴＣＰはサービスの監視を義務づけており、参加者の情報を収集する。ＲＴＰはＲＳＶＰと動的に通信をして適当な帯域幅を割り当てる。
【０３０８】  インターネットパケットは通常、ファーストカム、ファーストサーブに基づいて（先着順に）移動する。ネットワークが輻輳すると、ＲＳＶＰ（リソース予約プロトコル）は、ビデオ会議など特定のタイプのトラフィックが価格は割高になることがあるが、電子メールなど時間感知度の低いトラフィックよりも優先して伝送できるようになっている。ＲＳＶＰは異なったＱｏＳを異なった価格で提供することにより、インターネットの価格体系を変更する可能性がある。ＳＬＡを使用すると、ＳＬＡ加入者レベルに応じてＣＰＥ局側のユーザに様々なＱｏＳレベルを提供することができる。
【０３０９】  アプリケーションの代わりにホストがＲＳＶＰプロトコルを使用して特定のデータストリームまたはフローについてネットワークから特定のＱｏＳを要求することができる。ルータはＲＳＶＰプロトコルを使用してＱｏＳ制御要求をすべての必要なネットワークノードに伝送して要求されたサービスを提供するために必要な状態を確立して保守することができる。ＲＳＶＰ要求は、必ずではないが一般的に、データパスに沿って各ノードのリソースを予約する。
【０３１０】  ＲＳＶＰ自体はルーティングプロトコルではない。ＲＳＶＰは現在および未来のユニキャストとマルチキャストルーティングプロトコルで動作するように設計されている。ＲＳＶＰ処理はローカルのルーティングデータベースを照会して経路（ルート）を設定する。例えばマルチキャストの場合、ホストはＩＧＭＰメッセージを送信してマルチキャストグループに加入し、それからＲＳＶＰメッセージを送信してそのグループの伝送パスに沿ってリソースを予約する。ルーティングプロトコルはパケットの転送先を判断する。パケットはそのルーティングに沿って転送されるため、ＲＳＶＰはそれらのパケットのＱｏＳのみと関係する。本発明は、ＱｏＳ感知型無線ＰｔＭＰアクセスを共有無線帯域幅を介してユーザに伝送し、無線基地局の帯域幅を介して送信するために受信されたＩＰフローのパケットのパケットヘッダ内の優先度情報を考慮することができる。
ｄ．ネットワーク層のＶＰＮネットワーク（オプションのプロトコルの例）
【０３１１】  ネットワーク層４０６に示されたオプションの仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）プロトコルのポイントツーポイントプロトコル４２０とＩＰｓｅｃ４２２について以下に説明する。
【０３１２】  ＶＰＮについては今日、複数のプロトコル標準が存在する。例えば、ＩＰｓｅｃ（ＩＰセキュリティ）、ＰＰＴＰ（point-to-point tunneling protocol）、Ｌ２Ｆ（layer 2 forwarding protocol）、Ｌ２ＴＰ（layer 2 tunneling protocol）がある。ＩＥＴＦは、ベンダーに多くの暗号化アルゴリズム、キー長、キーエスクロー（key escrow）技術を使用できるようにして、インターネットに基づいたＶＰＮのセキュリティに使用できるインターネットプロトコル（ＩＰ）のセキュリティアーキテクチャを提案した。ＩＰｓｅｃは、インターネットへの発信時にトラフィックを暗号化し、着信側でトラフィックを解読することにより、組織的なファイアウォール間のインターネットを介したプライベートセッションのセキュリティを容易にしている。ＩＰｓｅｃは、企業が、最善のファイアウォール、暗号化、ＴＣＰ／ＩＰプロトコル製品を混合再利用（mix-and-match）できるようにすることを目標としている。
【０３１３】  ＩＰｓｅｃは、インターネットを結ぶ暗号化データストリームを介して２つのＬＡＮをリンクするように設計されている。
１．ＰＰＴＰ（point-to-point tunneling protocol）
【０３１４】  ＰＰＴＰ（point-to-point tunneling protocol）はＶＰＮセキュリティに、ＩＰｓｅｃの使用以外に、代替のアプローチを提供する。インターネットを結ぶ暗号化データストリームを介して２つのＬＡＮをリンクするように設計されたＩＰｓｅｃとは異なり、ＰＰＴＰはユーザがＰＰＴＰサーバまたはＰＰＴＰをサポートしたＩＳＰによりインターネットを介して組織のネットワークに接続することを可能にする。ＰＰＴＰは１９９６年の初めにＩＥＴＦに標準として提案された。ファイアウォールのベンダーはＰＰＴＰをサポートすることが期待されている。
【０３１５】  ＰＰＴＰはマイクロソフト社が3Com社、Ascend社、US Robotics社とともに開発し、現在はWindows NT Server 4.0、Windows NT Workstation 4.0、Windows 95のアップグレード版、およびWindows 98に実装され、マイクロソフト社（Redmond、Washington）から入手可能である。
【０３１６】  ＰＰＴＰの「tunneling（トンネル）」とは、メッセージを暗号化してからインターネットに送信するようにメッセージをカプセル化することを意味する。ＰＰＴＰは、サーバとクライアントとの間にトンネルを作るため、処理リソースを提携する。
２．Ｌ２Ｆ（layer 2 forwarding protocol）
【０３１７】  Cisco社により開発されたＬ２Ｆ（layer 2 forwarding protocol）は、ＴＣＰ／ＩＰパケット内部のその他のプロトコルをカプセル化してインターネット、またはデータネットワーク１１２などのその他のＴＣＰ／ＩＰネットワークに伝送するという点ではＰＰＴＰと似ている。ＰＰＴＰと異なる点は、Ｌ２Ｆは特別なＬ２Ｆ準拠ルータ（ＬＡＮまたはＷＡＮインフラストラクチャへの変更を要求することができる）を必要とし、低いレベルのネットワークプロトコルスタックで作動し、ＴＣＰ／ＩＰルーティングを必要としない点である。Ｌ２Ｆはまた、ＰＰＴＰにはなかったユーザ名およびパスワードへのセキュリティも追加している。
３．Ｌ２ＴＰ（layer 2 tunneling protocol）
【０３１８】  Ｌ２ＴＰ（layer 2 tunneling protocol）はＬ２Ｆ仕様とＰＰＴＰ仕様を組み合わせている。１９９７年１１月に、ＩＥＴＦはＬ２ＴＰ標準を認可した。Cisco社はＬ２ＴＰをそのインターネットオペレーティングシステムソフトウェアに組み入れ、マイクロソフト社はWindows NT 5.0に統合した。ＩＰｓｅｃに対するＬ２ＴＰの大きな長所は、Ｌ２ＴＰはＴＣＰ／ＩＰ送信をカバーし、複数のプロトコルを伝送することができる点である。Ｌ２ＴＰはまた、非ＩＰネットワークを介した送信機能も提供する。Ｌ２ＴＰはしかしながら、信頼性のあるＶＰＮを採用するためにデータ暗号化、ネットワークアドミニストレータ用の重要なセキュリティ機能を無視している。
４．ＩＰｓｅｃ
【０３１９】  本発明はＩＰｓｅｃ４２２のセキュリティ暗号化機能を使用したＩＰフローをサポートしている。ＷＩＮＡＡＲアーキテクチャ４００に統合したＩＰｓｅｃ４２２フローをダウンリンク方向とアップリンク方向についてそれぞれ図１７、１７で示した。無線基地局３０２は、ファイアウォールを無線基地局に設け、データストリームおよびパケットヘッダ情報を解読してから識別分析することにより、ＩＰｓｅｃ暗号化ストリームの優先度をサポートしている。フレームストリームはすでに無線送信媒体を介してフレームデータの暗号化を含んでおり、周波数ホッピングを実施している。
【０３２０】  ＩＰｓｅｃは、例えばＶＰＮおよびｅＣｏｍｍｅｒｃｅセキュリティ用の安全なデータ送信を提供している。ＩＰｓｅｃはＲＦＣ２４０１−２４０７と互換性がある。ＩＰｓｅｃはＩＰｖ４、ＩＰｖ６、さらにＩＰｓｅｃ  ｔｕｎｎｎｅｌ（トンネル）モードでもサポートされている。無線基地局３０２セキュリティプロトコルサポートはＡＨ（authentication header）とＥＳＰ（encapsulating security payload）を含んでいる。無線基地局３０２はＩＰｓｅｃ認証（ＭＤ５）、暗号化アルゴリズム、自動キー管理（ＩＫＥおよびＩＳＡＫＭＰ／Ｏａｋｌｅｙ）をサポートしている。無線基地局３０２はトランスポートモードとトンネルモードを選択的に提供し、例えば、２つのホスト間のすべてのトラフィックに一つの暗号化トンネルを設けるか、あるいはホスト間のＴＣＰ接続ごとに独立した暗号化トンネルを設けるかなど、セキュリティサービスの粒度を選択することができる。
ｅ．トランスポート層
１．ＴＣＰ／ＩＰ（transmission control protocol/internet protocol）とＵＤＰ／ＩＰ（user datagram protocol/internet protocol）
【０３２１】  上述のように、インターネットプロトコル（ＩＰ）は今日、ネットワーキングプロトコルの主流になっている。これは、同じ系統のプロトコルであるＴＣＰ／ＩＰ（transmission control protocol/internet protocol）に基づいたインターネットによるところが大きい。ＴＣＰ／ＩＰはＰＣ、ワークステーション、サーバ間を接続する最も一般的な方法である。ＴＣＰ／ＩＰは、デスクトップオペレーティングシステム（例えばマイクロソフト社のWindows 95またはWindows NT）、およびＬＡＮオペレーティングシステムを含む多くのソフトウェア製品の一部に取り入れられている。
【０３２２】  現在最も普及しているＬＡＮプロトコルは、Ｎｏｖｅｌｌ社のＮｅｔＷａｒｅネットワークオペレーティングシステム（ＮＯＳ）のＩＰＸ／ＳＰＸである。しかしながら、ＩＰＸ／ＳＰＸはＴＣＰ／ＩＰに押されてきている。Ｎｏｖｅｌｌ社は現在、オリジナルのＩＰサポートをＮｅｔＷａｒｅに組み込むことにより、ＴＣＰ／ＩＰ接続により伝送する場合はＮｅｔＷａｒｅがＩＰＸパケットをカプセル化しなくて済むようにした。ＵＮＩＸとWindows NTサーバもＴＣＰ／ＩＰを使用することができる。Ｂａｎｙａｎ社のＶＩＮＥＳ、ＩＢＭ社のＯＳ／２、およびその他のＬＡＮサーバオペレーティングシステムもＴＣＰ／ＩＰを使用することができる。
【０３２３】  トランスポート層（第４層）４１０は、ネットワーキングプロトコルに適したＴＣＰ／ＵＤＰ／ＩＰプロトコル系列の一部であるＴＣＰ（transmission control protocol）またはＵＤＰ（user datagram protocol）４２７を含むことができる。データネットワーク１４２の箇所で簡単に説明したように、ＴＣＰは送信元と送信先ＩＰアドレスの間でトラフィックをパケットにセグメント化し、情報のパケットを送信、再組み立て、再送する標準的なプロトコルである。図７に示されているように、ＴＣＰヘッダフィールド７０６は例えば、送信元、送信先ポート番号、ウィンドウのサイズ、緊急ポインタ、フラグ（ＳＹＮ、ＩＳＮ、ＰＳＨ、ＲＳＴ、ＦＩＮ）、最大セグメントサイズ（ＭＳＳ）を含むことができる。ＴＣＰもＵＤＰも、ポート番号により複数のアプリケーションを識別するＴＣＰ／ＩＰホストの機能を提供する。ＴＣＰは信頼性のある、連続したデータ伝送をアプリケーションに行うことができる。ＴＣＰはまた、データフローの適応的なフロー制御、セグメント化、再組み立て、優先度付けを行うこともできる。ＵＤＰは未応答のデータグラム機能を提供するだけである。最近定義されたリアルタイムプロトコル（ＲＴＰ）、ＲＦＣ１８８９は、例えば、マルチメディアアプリケーションをサポートするリアルタイム機能を提供することができる。
【０３２４】  ＴＣＰはウィンドウに基づいたフロー制御を使用する。ＴＣＰ送信元はそれぞれ、ＲＴＴ（successive round-trip time）ごとに送信可能なパケットの数を決定する送信ウィンドウを動的に変更する。ＴＣＰ送信元は、最後のＲＴＴ内でパケット損失がなかった場合は、送信ウィンドウを継続して増加することができる。輻輳が検出された場合、送信元ＴＣＰは送信を数倍程度減速させる、すなわち「バックオフ（backs-off）」させる。時間あたりの、いわゆるＴＣＰウィンドウの幅を増加させると、パケットのバーストもそれに伴って長くなる。ＴＣＰのウィンドウフロー制御プロトコルは、パケット損失により急速なバックオフの期間に入り終了するまで、スループットとバッファ使用率を増加させる効果がある。
【０３２５】  ＴＣＰはＩＰにより動作し、ネットワーク１４２を介した信頼性のあるエンドツーエンドのデータ送信を提供する。ＴＣＰは動的にウィンドウのサイズまたはセグメントのサイズを減少することにより、移動中の未応答のデータ量を制御する。またこの反対の動作も行う。通信しているネットワーク要素のエラーレートが低く、大きなパケットをサポートし、十分なバッファを持ち、より大きなウィンドウサイズをサポートしている場合は、ウィンドウまたはセグメントのサイズが増加させてスループットを高める。
ｆ．アプリケーション層
【０３２６】  アプリケーション層４１２は、例えばＴＣＰによる、ＨＴＴＰ（hypertext transport protocol）、ＦＴＰ（file transfer protocol）、ＴＥＬＮＥＴ  remote terminal login、ＳＭＴ（simple mail transfer protocol）、およびＵＤＰによる、ＳＮＭＰ（simple network management protocol）、ＲＰＣ、ＮＦＳ、ＴＦＴＰを含むアプリケーション４２６を有することができる。その他のアプリケーションもまた、例えばAOL社（Reston、ＶＡ）から入手可能なNetscape Navigatorなどのワールドワイドウェブブラウザ、IBM社（Armonk、ＮＹ）から入手可能なＬｏｔｕｓ１２３などのスプレッドシートアプリケーションプログラム、マイクロソフト社（Redmond、WA）から入手可能なMS NetMeeting、などのネットワークスタック上で動作することができる。それらのアプリケーションから送信されたパケットは、適当な最終ユーザＱｏＳを得るために特別な処理や優先度付けを必要とすることがある。
３．ＰＲＩＭＭＡシステムＩＰフロー優先度付け
ａ．混合ＩＰフローのスケジューリング
【０３２７】  図６に、混合ＩＰフローのスケジューリングを表すブロック図６００を示す。ブロック図６００は無線基地局３０２のスケジューリングを示している。ブロック図６００の機能はインターネット、ＶＰＮ、リアルタイムＩＰフローのＰＲＩＭＭＡ管理を含む。図３Ａに示されるように、無線ＩＰフローはデータネットワーク１４２からネットワークルータ１４０ｄを介して無線基地局３０２のインタフェース３２０に送信される。ＩＰフローは次にスケジューリングされて、無線基地局３０２のアンテナ２９０ｄからアンテナ２９２ｄを介して加入者の場所３０６ｄに送信される。
【０３２８】  図６のブロック図６００に、インタフェース３２０と無線基地局アンテナ２９０ｄの間のダウンリンクおよびアップリンクのフローが示されている。ここに示されているように、ＩＰフローは、送信元から送信先ポストコンピュータに送信される一連のデータパケットを示す。データネットワーク１４２から（インタフェース３２０）を介して送信されたＩＰフロー６３０は、インターネットＩＰフロー６０８、ＶＰＮ  ＩＰフロー６１０、リアルタイムＩＰフロー６１２から構成される。ＩＰフロー６３０はダウンリンク方向である。
【０３２９】  ダウンリンクＩＰフローアナライザ６０２（以後「ダウンリンクフローアナライザ６０２」という）はインターネットＩＰフロー６０８、ＶＰＮ  ＩＰフロー６１０、リアルタイムＩＰフロー６１２を分析する。図８Ａ、図１５Ａを参照してＩＰフローアナライザ６０２について説明する。ＩＰフローアナライザ６０２はパケットを受信するとパケットヘッダフィールドを分析して新しいＩＰフローか既存のＩＰフローかを識別する。ＩＰフローアナライザ６０２はまた、パケットヘッダフィールドの内容（コンテンツ）に応じてＩＰフローのＱｏＳ要件を特徴付けることができる。ＩＰフローアナライザ６０２はＩＰフローをクラス分けし、既存のＩＰフローからパケット同士を関連づけ、同様のＱｏＳ要件のＩＰフローをグループ分けすることができる。ＩＰフローアナライザ６０２はまた、ＩＰフローをフロースケジューラに提出することもできる。
【０３３０】  ダウンリンクＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ  ＩＰフロースケジューラ６０４（以後「ダウンリンクフロースケジューラ６０４」という）は受信したＩＰフロー６０８、６１０、６１２をダウンリンク方向に送信するためにスケジューリングする。ダウンリンクフロースケジューラ６０４は異なったクラスのＩＰフローに優先度を付けることができる。例えば、スケジューラ６０４は待ち時間感知型ＩＰフロー（latency sensitive IP flow）にはダウンリンクフレームのスロットを予約することができる。スケジューラ６０４はＦＴＰ型ＩＰフロー６０８には、ファイル伝送のために大量の帯域幅を割り当てることができる。電子メール型ＩＰフロー６０８にはパケットに低い優先度を与えることができる。無線帯域フレームスロットを優先度に応じて割り当てる際に、ダウンリンクスケジューラ６０４は、ＩＰフロー６３０が、例えば遠隔にあるブランチオフィスから企業ネットワークなどへの仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）からのＶＰＮ  ＩＰフロー６１０であることを考慮することができる。ＶＰＮからのすべてのすべてのトラフイックには高い優先度を与えることができ、特定のタイプのＶＰＮトラフィックは特定のサービスレベルを要求することができる。ダウンリンクフロースケジューラ６０４は、リアルタイムＩＰフロー６１２がＣＰＥ加入者の位置３０６のＣＰＥ２９４に必要な時間に到着するように、リアルタイムＩＰフロー６１２に優先度を付けることができる。
【０３３１】  ダウンリンクＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ  ＳＡＲ（segmentation and resequencing）とフレーマ６０６（以後「ダウンリンクＳＡＲとフレーマ６０６」という）は、受信したＩＰフローのデータパケットを、無線媒体を介してＣＰＥ加入者の位置３０６のＣＰＥ２９４に送信するため、セグメント化してフレームにする。例えば、ＩＰフロー６１６、６２４はＣＰＥ加入者の位置３０６ｄのＣＰＥ２９４ｄに、無線媒体により基地局２９０ｄを介して（加入者アンテナ２９２ｄとＣＰＥ加入者の位置３０６ｄのＣＰＥ２９４ｄに）送信することができる。本発明では、無線媒体という用語はセルラー通信によるＲＦ送信の伝搬だけでなく、広く衛星通信を介したＲＦ送信およびケーブル（例：同軸ケーブル）通信も含む。
【０３３２】  アップリンク方向で、ＣＰＥ加入者の位置３０６ｄのＣＰＥ２９４ｄからのＩＰフロー６２６は無線基地局アンテナ２９０ｄで受信される。ＩＰフロー６２６はインターネットＩＰフロー６１８、ＶＰＮ  ＩＰフロー６２０、リアルタイムＩＰフロー６２２を含むことができる。アップリンクＩＰフローアナライザ６３２（以後「アップリンクフローアナライザ」という）はインターネットＩＰフロー６１８、ＶＰＮ  ＩＰフロー６２０、リアルタイムＩＰフロー６２２を分析する。図８Ｂ、図１５Ｂを参照してアップリンクフローアナライザ６３２について説明する。一つの実施例では、ＩＰフローアナライザ６３２の機能はＣＰＥ加入者の位置３０６ｄのＣＰＥ２９４ｄで動作し、ＣＰＥ２９４ｄがアップリンクスロットのスケジューリングを希望するＩＰフローに関する情報を含めて、無線基地局３０２までデータ送信要求を送信する。
【０３３３】  アップリンクＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ  ＩＰフロースケジューラ６３４（以後「アップリンクフロースケジューラ６３４」という）は要求されたＩＰフローをスケジューリングすることができる。一つの実施例では、ＩＰフロースケジューラ６３４の機能はＣＰＥ加入者の位置３０６ｄのＣＰＥ２９４ｄで実行することっができる。別の実施例では、ＩＰフロースケジューラ６３４の機能は無線基地局３０２で実行することができる。無線基地局にアップリンクフロースケジューラ６３４を配置する長所は、ポイントツーマルチポイントアーキテクチャで特に効果的であることである。基地局３０２に一台の集中したスケジューラを配置することは、複数のアップリンクフロースケジューラ６３４を複数のＣＰＥ加入者の位置３０６のＣＰＥ２９４に配置するよりも効果的である。
【０３３４】  アップリンクＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ  ＳＡＲ（segmentation and resequencing）とフレーマ６３６（以後「アップリンクＳＡＲとフレーマ６３６」という）はＩＰフローのデータパケットを、無線媒体を介してＣＰＥ加入者の位置３０６のＣＰＥ２９４から無線基地局３０２に送信し、さらにデータネットワーク１４２を介して送信するため、フレームにする。ＣＰＥ加入者の位置３０６ｄのＣＰＥ２９４ｄからのＩＰフロー６２６は基地局アンテナ２９０ｄへ、例えばＲＦ通信、ケーブルモデム、衛星通信などの無線媒体を介してＣＰＥ加入者の位置３０６ｄのＣＰＥ２９４ｄに接続した加入者アンテナ２９２ｄから送信することができる。
ｂ．ダウンリンクおよびアップリンクサブフレーム優先度付けの概要
【０３３５】  図８Ａのブロック図８００は代表的なダウンリンク分析、優先度付け、スケジコーリング機能の概要を示している。同様に、図８Ｂのブロック図８３０は代表的なアップリンク分析、優先度付け、スケジューリング機能の概要を示している。ブロック図８００、８３０は図６のブロック図６００の機能をより詳細に図示している。
【０３３６】  最初に（図８Ａの）ブロック図８００を参照して、共有帯域幅のＩＰフローの優先度付けとスケジューリングが、データネットワーク１４２からルータ１４０ｄ、インタフェース３２０、無線基地局３０２、ＷＡＰ２９０ｄ、無線媒体を介して無線トランシーバ加入者アンテナ２９２ｄ、加入者ＣＰＥの場所３０６ｄの加入者ＣＰＥ局２９４ｄに至るダウンリンクパスで実行される方法を説明する。
【０３３７】  ＩＰフローアナライザ６０２は、データパケットを識別、特徴付け、クラス分け、ダウンリンクフレームスケジューラに提示する。データパケットを識別、特徴付け、クラス分け、提示する機能は図１５Ａに示されている。
【０３３８】  パケットの識別時には、着信したＩＰデータフローのデータパケットがシステムにとって既知であるかどうか、すなわち「既存のＩＰフロー」であるか、新しいＩＰフローの初めてのデータパケットであるかをパケットヘッダ部のフィールドに基づいて判断する。この識別処理は例えば、パケットの送信元を判断してパケットペイロードの情報タイプを推測することも含むことができる。
【０３３９】  パケットの特徴付け時には、システムにとって未知であると判断された新しいデータパケット（新しいＩＰデータフロー）をパケットヘッダ情報に基づいて特徴付け、ＩＰデータフローに関するＱｏＳ要件を判断し、そのＩＰデータフローを受信する加入者ＣＰＥ局を識別する。
【０３４０】  パケットのクラス分け時には、新しいＩＰデータフローを通信優先度クラスにクラス分けする。クラス分けはまた、類似した特徴を持つ異なったＩＰフローを同じクラスにグループ分けすることも含めることができる。ＩＰフロー６３０のクラスグルーピングはＩＰクラス８１０ａ−８１０ｇに示されている。
【０３４１】  パケットの提示時には、新しいＩＰデータフローが初期化され、ダウンリンクフロースケジューラ６０４に提示される。
【０３４２】  ダウンリンクフロースケジューラは、ＩＰデータフローのデータパケットを、クラスキュー優先度に基づいてクラスキューに配置し、一連の規約に従って事前予約アルゴリズムにより加入者ＣＰＥの場所３０６ｄの加入者ＣＰＥ局２９４ｄに無線媒体を介して送信するデータパケットをスケジューリングする。規約は、例えば、階層的クラスに基づいた優先度、仮想プライベートネットワーク（VPN）ディレクトリイネーブルデータ（directory enabled data）優先度（例えば、ＤＥＮ（directory enabled networking）を含む）、サービスレベル契約（SLA：service level agreement）優先度に基づいてダウンリンクフロースケジューラへの入力に基づいて決定される。例えば等時トラフィックなどのスケジューリングに使用する事前予約アルゴリズムは図１４に示している。
【０３４３】  ＳＡＲとフレーマ６０６は、無線媒体を介したＷＡＰ２９０ｄから無線トランシーバ加入者アンテナ２９２への無線通信用のデータパケットを分割し、順序付け、フレーム化する。ブロック図８００に示されるように、複数の加入者アプリケーション８２０ａ−８２０ｅは、加入者ＣＰＥの位置３０６ａ−３０６ｅに位置する加入者ＣＰＥ局２９４ａ−ｅ（図示されていない）に接続した、例えば加入者ワークステーション１２０ｄ（図示されていない）などの装置で作動する。各加入者ＣＰＥの位置３０６は１台以上の加入者ＣＰＥ局２９４を収容することができ、各加入者ＣＰＥ局２９４は１つ以上のＩＰデータフローを１台以上の加入者ワークステーション１２０と送受信することができる。実際、１つのＣＰＥ局に接続した各アプリケーションは、複数のＩＰデータフローを送受信することができる。
【０３４４】  図８ａに示されるように、加入者ＣＰＥの位置３０６では、ＣＰＥ  ＳＡＲとフレーマ８１４ａは受信したデータを並び替え、ＣＰＥフロースケジューラ816ａ、ＣＰＥ  ＩＰフローアナライザ８１８ａを介して加入者アプリケーション８２０ａに送信する。ＣＰＥフロースケジューラ816ａ−８１６ｅはアップリンクトラフィック用のダウンリンクフロースケジューラ６０４と同様の機能を実行する。同じ様に、ＣＰＥ  ＩＰフローアナライザ８１８ａ−８１８ｅはダウンリンクフローアナライザ６０２と同様の機能を実行する。
【０３４５】  本発明の一つの実施例では、ダウンリンクモードで、ＣＰＥ  ＩＰフロースケジューラ８１６ａ−８１６ｅとＣＰＥ  ＩＰフローアナライザ８１８ａ−８１８ｅは何の機能も実行しない。
【０３４６】  ブロック図８００は、これらの機能の物理的な場所とは限らないが、ダウンリンクパスで実行される論理機能を示す。
【０３４７】  加入者アプリケーション８２０ａ−８２０ｅ、ＣＰＥ  ＳＡＲとフレーマ８１４ａ−８１４ｅの機能は、無線基地局３０２と無線接続を介して接続した実際の加入者ＣＰＥ局２９４で実行することができる。
【０３４８】  ブロック図８００に、ダウンリンクフロースケジューラ６０４が、受信したデータパケットを優先度クラスキューに配置する際に使用する優先度の例８１２を示す。次の優先度の例が示されている。待ち時間感知型ＵＤＰ優先度８１２ａ、優先度―高８１２ｂ、優先度―中８１２ｃ、ＨＴＴＰ初期画面優先度８１２ｄ、待ち時間中立型優先度８１２ｅ、ＦＴＰ（file transfer protocol）、ＳＭＴＰ（Simple mail transfer protocol）その他の電子メールトラフィックの優先度８１２ｆ、優先度−低８１２ｇ。当業者は、最終ユーザのＱｏＳ要件に応じて多くの異なった優先度クラスが可能であることを認めることができる。待ち時間感知型ＵＤＰ優先度データは、ジッター（jitter：同期時間の誤差により生じる揺らぎ）と待ち時間（latency：ＩＰデータフローが双方向で要する通過時間）に対して敏感であるデータを意味することができる。優先度―高８１２ｂは、例えばプレミアムＶＰＮサービス、高優先度ＳＬＡサービスなどを意味することができる。優先度―中８１２ｃは、例えばバリューＶＰＮサービスレベルと中レベルＳＬＡサービスなどを意味することができる。ＨＴＴＰ画面優先度８１２ｄは、例えば、初期ＨＴＴＰ画面のダウンロード（インターネットユーザが自分のインターネットセッションに多くの帯域幅が使用可能であると感じさせるために重要）など、ＨＴＴＰデータのダウンロードを意味することができる。待ち時間中立型優先度８１２ｅは、例えば電子メールトラフィックなど待ち時間に対して中立なデータを意味することができる。ＦＴＰ、ＳＭＴＰ優先度８１２ｆデータは、待ち時間やジッターに敏感ではないが、送信サイズのために正確なダウンロードを行うために大量の帯域幅を必要とするデータを含む。最後に、優先度−低データ８１２ｇは、あるネットワーク装置が他のネットワーク装置に２４時間ごとにステータス情報を送信するように、長時間かけて送信することができるデータを意味することができる。
【０３４９】  ブロック図８３０（図８Ｂ）は、加入者ＣＰＥ局２９４ｄから無線トランシーバ加入者アンテナ２９２ｄ、無線媒体を介してＷＡＰ２９０ｄ、無線基地局３０２、インタフェース３２０、ルータ１４０ｄ、データネットワーク１４０へのアップリンクパスで実行される共有無線帯域のＩＰフロー分析、優先度付け、スケジューリングの方法を示している。
【０３５０】  ブロック図８３０はアップリンクフローアナライザ６３２、アップリンクフロースケジューラ６３４、アップリンクＳＡＲとフレーマ６３６を含む。これらの構成要素はダウンリンクフローアナライザ６０２、ダウンリンクフロースケジューラ６０４、ダウンリンクＳＡＲとフレーマ６０６と似ているが、加入者ＣＰＥ局２９４の加入者ワークステーション１２０から無線媒体を介して送信されるデータパケットを分析、スケジューリング、フレーム化し、データパケットをインタフェース３２０に送信してデータネットワーク１４２に送信する。
【０３５１】  図８Ｂに示されるように、加入者アプリケーション８２０ａ−８２０ｅは図６Ａに示されているアプリケーションと同じである。また、図示されるように、ＣＰＥ  ＩＰフローアナライザ８１９ａ−８１９ｅ、ＣＰＥ  ＩＰフロースケジューラ８１７ａ−８１７ｅ、ＣＰＥ  ＳＡＲとフレーマ８１５ａ−８１５ｅがある。これらの構成要素は加入者アプリケーション８２０ａ−８２０ｅ、ＣＰＥ  ＩＰフローアナライザ８１８ａ−８１８ｅ、ＣＰＥ  ＩＰフロースケジューラ８１６ａ−８１６ｅ、ＣＰＥ  ＳＡＲとフレーマ８１４ａ−８１４ｅと同様に機能する。しかしながら、これらの機能は、送信先ホストワークステーション１３６（図示されていない）に経路指定するために、加入者ＣＰＥ局（加入者ＣＰＥの場所３０６ａ−３０６ｅ）から無線基地局３０２へのアップリンクパスのＩＰフローを分析、スケジューリングし、送信する。
【０３５２】  上述のように、複数のアプリケーションは加入者ＣＰＥの場所３０６ａ−３０６ｅの１つ以上の加入者ＣＰＥ局に接続することができる。アップリンク通信用の固定された数の帯域幅割り当てに競合する複数のアプリケーションの間の輻輳を回避するために、本発明の一つの実施例では、予約スケジューリングシステムを使用する。データパケット用の帯域幅割り当てが着呼側フレームスロットで、図１２Ａ−１２Ｑ、１４、１６Ａ、１６Ｂを参照して後に説明する。
【０３５３】  ブロック図８３０は、必ずしもこれらの機能の物理的位置とは限らないが、アップリンクパスで実行する論理機能を示す。
【０３５４】  例えば、一つの実施例で、アップリンク用のパケットを識別し、特徴付け、クラス分けするＩＰフローアナライザ６３２の分析機能は、加入者ＣＰＥの場所３０６ａ−３０６ｅの加入者ＣＰＥ局２９４ａ−２９４ｅ（図示されていない）に備えたＣＰＥ  ＩＰフローアナライザ８１９ａ−８１９ｅで実行することが好ましい。
【０３５５】  また、一つの実施例では、アップリンクサブフレームスロットをスケジューリングするＣＰＥ  ＩＰフロースケジューラ８１７ａ−８１７ｆの機能は、無線基地局３０２と無線接続を介して接続している加入者ＣＰＥ局２９４一つずつに対して無線基地局３０２で実行することができる。
【０３５６】  この実施例では、スケジューリング機能は、ＣＰＥ局からアップリンタＩＰフロー予約要求を通して無線基地局３０２に提供されたクラス分け情報に基づいて無線基地局３０２のアップリンクフロースケジューラ６３４で実行される。すべてのスケジューリング機能を無線基地局３０２に配置し、スケジューリングの制御を中央に集中させることにより、全体的なサービス品質のシステムを最適化することができる。
【０３５７】  しかしながら、他の実施例では、それぞれの機能は実際の加入者ＣＰＥ局で実行することができる。
【０３５８】  この実施例の予約スケジューリング機能では、各加入者ＣＰＥ局は、図１２Ａ−１２Ｏを参照して後に説明する、ＴＤＭＡエアフレームのＲＲＢ（予約要求ブロック）を使用してアップリンク送信用のフレームスロットの予約を要求してからインタフェース３２０によりアップリンクパスで通信を行うことが可能になる。予約要求の後、アップリンクフロースケジューラ６３４は、６４０の線で示されるように、加入者ＣＰＥ局２９４に、ＣＰＥ局２９４が使用して送信元加入者ワークステーション１２０からのアップリンクデータパケットを送信することができる１つ以上のスロットの記述を、無線媒体を介して、送信先ホストワークステーション１３６の方向にデータネットワーク１４２により送信する。
ｃ．サービスレベル要求
【０３５９】  図９にＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ  ＩＰフロースケジューラ６０４が、サービスレベル契約（Service Level Agreement）を考慮してフレームスロットのスケジューリングとリソースの割り当てを行う方法を示している。図９は、ＣＰＥ加入者の場所３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄから無線基地局３０２へ送信されるアップリンクトラフィックの優先度付けを含めたＳＬＡに基づくＩＰフロー管理の図９００を示している。例えば、電気通信サービスの加入者が４つのＳＬＡレベル、Ｐ１  ９０２ａ、Ｐ２  ９０４ａ、Ｐ３  ９０６ａ、Ｐ４  ９０８ａの中の一つに加入したとする。図の例に示されるように、ＩＰフロー９０２ｂはＣＰＥ加入者の場所３０６ａの加入者に送信され、Ｐ１９０２ａのＳＬＡ優先度レベルを持つ。同様に、ＩＰフロー９０２ｂ、９０６ｂ、９０８ｂはＣＰＥ加入者の場所３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄ、の加入者に送信され、それぞれＰ１９０４ａ、９０６ａ、９０８ａのＳＬＡ優先度レベルを持つ。無線基地局３０２のＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣスケジューラ６０４、６３４はＳＬＡに基づく優先度を考慮して加入者ＣＰＥ  ＩＰフロー９０２ｂ、９０４ｂ、９０６ｂ、９０８ｂに帯域幅を割り当てることができる。図示されている例では、ＩＰフロー９０２ｂは、ＳＬＡ優先度９０２ａに基づいてフレームスロット９０２ｃに割り当てることができる。フレームスロット９０４ｃ、９０６ｃ、９０８ｃも同様にＳＬＡ優先度を考慮してスケジューリングすることができる。このようにしてアップリンクＩＰフロートラフィックをデータネットワーク１４２上に送信することができる。
【０３６０】  ＳＬＡに基づいた優先度は電気通信プロバイダにとって、様々な顧客に差別化したサービスを提供することができる貴重な手段を提供することができる。例えば、プレミアムＳＬＡサービス契約を購入した加入者からの優先度の低いトラフィックを、バリューレベルまたは低価格ＳＬＡサービス優先度だけを契約した加入者からの優先度の高いトラフィックよりも、優先度を高くしてスケジューリングできるようにすることが可能である。
ｄ．ヘッダ識別
【０３６１】  図７に示されるように、パケットヘッダ情報７００を使用してＩＰフローとＩＰフローのＱｏＳ要件を識別することができる。特にＩＰヘッダフィールド７０２は、例えば、アプリケーションに感知して好ましいリソース割り当てを行うために使用する送信元と送信先ＩＰアドレスのフィールド、パケットまたはＩＰフローのクラス分けでＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣを補助するために使用するＩＰサービスタイプ（ＴＯＳ）のフィールド、アプリケーションパケット破棄の予想に使用するＩＰ有効期限（ＴＴＬ）のフィールド、ＩＰフローの識別に使用することができるプロトコルフィールドを含むことができる。
【０３６２】  パケットヘッダ情報７００はまた、ＵＤＰヘッダフィールド７０４を含む。ＵＤＰパケットヘッダフィールドには送信元および送信先ポート番号が含まれる。
【０３６３】  パケットヘッダ情報７００はまた、ＴＣＰヘッダフィールド７０６を含む。ＴＣＰパケットヘッダフィールド７０６には送信元および送信先ポート番号、ＴＣＰスライディングウィンドウサイズ、緊急ポインタ、ＳＹＮ、ＩＳＮ、ＰＳＨ、ＲＳＴ、ＦＩＮフラグ、最大セグメントサイズ（ＭＳＳ）が含まれる。
【０３６４】  パケットヘッダ情報７００はまた、リアルタイムプロトコルＲＴＰとＲＴＣＰヘッダフィールド７０８を含むことができる。
【０３６５】  当業者には、ＩＰフローを識別するこのほかのパケットヘッダフィールドを利用可能であることは自明である。これらのフィールドは、一例としてあげたものであって、使用可能なパケットヘッダフィールドを網羅したリストではない。例えばＤＩＦＦ  ＳＥＲＶ（差別化サービス）に関連するＩＰｖ６からのフィールドなど、他のフィールドもまた、無線基地局３０２のＩＰフローアナライザ６０２、６３２で使用することができる。
ｅ．ＴＤＭＡ  ＭＡＣエアフレーム
【０３６６】  図１２Ａ−１２Ｏに、ＴＤＭＡ（domain multiple access）ＭＡＣ（media access control）送信エアフレームの一例を示す。ここに図示されたフィールドは単に本発明の一つの実施例を示したもので、本発明を制限するものではない。
【０３６７】  図１２ＡにＴＤＭＡ  ＭＡＣ送信エアフレームの全体を示す。エアフレーム１２０２は、ダウンストリーム送信サブフレーム１２０２とアップストリーム送信サブフレーム１２０４を含む。
【０３６８】  図１２ＡのＴＤＭＡ  ＭＡＣ送信エアフレームは、ＵＡＢ（アップストリーム肯定応答ブロック）１２０６、ＡＲＢ（肯定応答要求ブロック）１２０８、ＦＤＢ（フレーム識別子ブロック）１２１０、データスロット（ＤＳ）1１２１２ａ、ＤＳ2１２１２ｂ、ＤＳ3１２１２ｃ、ＤＳ4１２１２ｄ、ＤＳ5１２１２ｅ、ＤＳ6１２１２ｆ、ＤＳ7１２１２ｇ、ＤＳ8１２１２ｈ、ＤＳ9１２１２ｉ、ＤＳ10１２１２ｊ、ＤＳ11１２１２ｋ、ＤＳm１２１２ｌ、ＤＡＢ（ダウンストリーム肯定応答ブロック）１２１４、ＲＲＢ（予約要求ブロック）１２１６、ＵＡ1１２１８ａ、ＵＡ2１２１８ｂ、ＵＡ3１２１８ｃ、ＵＡ4１２１８Ｕ、ＵＡ5１２１８ｅ、ＵＡ6１２１８ｆ、ＵＡ7１２１８ｇ、ＵＡ8１２１８ｈ、ＵＡ9１２１８ｉ、ＵＡ10１２１８ｊ、ＵＡ11１２１８ｋ、ＵＡ12１２１８ｌ、ＵＡm１２１８ｍを含む。
【０３６９】  ここに記載した実施例は、ＴＤＭＡ／時分割二重（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ）で使用するＴＤＭＡタイプである。ＴＤＭＡ／ＴＤＤでは、ある時間期間の間、ＣＰＥ局２９４から無線基地局３０２へ、他の時間インスタンス（期間）の間は、無線基地局３０２からＣＰＥ局１９４へ送信が行われる。複数のスロットをアップリンクとダウンリンクに使用することができる。アップリンクとダウンリンクに割り当てるスロットの数は動的に変化することができる。しかしながら、ダウンリンクのデータレートは通常、アップリンクのデータレートよりも高速であるため、ダウンリンクに割り当てるスロットの数の方が多くなる。ダウンリンクとアップリンクの間で分配するスロットは動的に割り当てられるが、この実施例では一つのフレームに対するスロットの総数は固定されている。
資料Ｄ１、国際公開番号ＷＯ９９／２６４３０、題名「An Adaptive Time Division Duplexing Method and Apparatus for Dynamic Bandwidth Allocation Within a Wireless Communication System」（発明者Gilbert, Sheldon; Hadar, Rami; Klein, Israel J.および出願人Ensemble CommunicationsInc.）は、無線通信システムにおいて非同期伝送モード（ＡＴＭ）通信リンクで二重送信するＡＴＤＤ方法を開示している。タイムスロットは、必要なチャンネルの帯域幅に応じてアップリンクとダウンリンク送信に動的に割り当てられる。
資料６、米国特許番号５．４９３．５６９、題名「Method and Apparatus for Reducing the Likelihood of Contention and Resource Missallocation in a Packet Transmission System」（発明者Buchholz、Dale R.; Doss, William K.; Robbins, Karen E.; Hamilton, R. Leeおよび出願人Motorola Inc.）は、パケット送信の要求に対して、使用可能なリソースがある場合は承認が送信されるパケット送信システムを開示している。利用可能なパケット送信リソースがない場合は肯定応答が送信される。要求側が肯定応答を受信すると、タイマーがスタートして複製要求送信を遅延し、要求トラフィックの競合とリソースが誤って割り当てられる確率を減らす。
【表５】
0005299881.tif 000011
0005299881.tif 000012
【０３７０】  図１２Ｂは、本発明の代表的なＴＤＭＡ／ＴＤＤエアフレーム１２２０を説明する図である。ＴＤＭＡ／ＴＤＤエアフレームの構造１２２０のフレームサイズ１２２８は、例えば１６個、または３２個の数のスロットであってもよい。当業者には、フレーム構造１２２０のスロット数は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、それ以外の数であってもよいことは自明である。フレーム構造１２２０は、例えば様々なＴＤＭＡスロット１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄを含む。各ＴＤＭＡスロット１２２ａ−ｃ内には、制御パケット１２２６ａ、またはデータパケット１２２６ｂ−ｄを順番に有することができる、データスロット１２２４ａ、１２２４ｂ、１２２４ｃ、１２２４ｄをそれぞれ含むことができる。
【０３７１】  本実施例では、フレームサイズ１２２８の一つのフレーム内のＴＤＭＡスロット１２２２の合計は固定されている。しかしながら前述したように、本発明のリソース割り当て方法を使用すると、ＴＤＭＡスロット１２２２の全体数を一つのサブセットとして、すべてのアップリンクＴＤＭＡスロットをまとめて一つのアップリンクサブフレームまたはアップストリーム送信サブフレーム１２０４として、アップリンク方向に動的に割り当てること、およびＴＤＭＡスロット１２２２の全体数を一つのサブセットとして、すべてのダウンリンクＴＤＭＡスロットをまとめて一つのダウンリンクサブフレームまたはダウンリンク送信サブフレーム１２０２として、ダウンリンク方向に動的に割り当てることが可能である。本発明のリソース割り当て方法を使用すると、すべてのＴＤＭＡスロット１２２２を所定のアップストリームまたはダウンストリーム方向に割り当てることができる。さらに、すべてのデータスロット１２２４を一つのＣＰＥ局に割り当てることもできる。無線基地局３０２はステートマシン（state machine）を備え、接続している各ＣＰＥ局２９４のステートを把握している（無線基地局２９４によりＩＰフローが認識されている）。
【０３７２】  ダウンストリーム送信サブフレーム１２０２とアップストリーム送信サブフレーム１２０４については次に詳述する。
１．ダウンストリーム送信サブフレーム
【０３７３】  図１２Ｃは代表的なダウンストリーム送信サブフレーム１２０２を示している。図１２Ｃのダウンストリーム送信サブフレームは、送信器応答時間１２３０、ＵＡＢ１２０６、ＡＲＢ１２０８、ＦＤＢ１２１０、フレームごとに異なる数のＤＳ１２１２（例えば１６個）、ＣＣＢ（コマンドおよび制御ブロック）１２３２を含む。ＤＳ送信１２１２はＤＳ1１２１２ａ、ＤＳ2１２１２ｂ、ＤＳ3１２１２ｃ、ＤＳ4１２１２ｄ、ＤＳ5１２１２ｅ、ＤＳ6１２１２ｆ、ＤＳ7１２１２ｇ、ＤＳ8１２１２ｈ、ＤＳ9１２１２ｉ、ＤＳ10１２１２ｊ、ＤＳ11１２１２ｋ、ＤＳm１２１２ｌを含む。
【０３７４】  図１２Ｄはダウンストリーム送信サブフレーム１２０２の代表的なＵＡＢ１２０６を示す図である。図１２Ｄのダウンストリーム送信サブフレームはＵＡＢ１２０６、ＡＲＢ１２０８、ＦＤＢ１２１０、ＤＳ1１２１２ａ、ＤＳ2１２１２ｂ、ＤＳ3１２１２ｃ、ＤＳ4１２１２ｄ、ＤＳ5１２１２ｅ、ＤＳ6１２１２ｆ、ＤＳ7１２１２ｇ、ＤＳ8１２１２ｈ、ＤＳ9１２１２ｉ、ＤＳ10１２１２ｊ、ＤＳ11１２１２ｋ、ＤＳm１２１２ｌ、ＣＣＢ１２３２を含む。
【０３７５】  ＵＡＢ１２０６はサブスロットＵＡＢ1１２０６ａ、ＵＡＢ2１２０６ｂ、ＵＡＢ3１２０６ｃ、ＵＡＢ4１２０６ｄ、ＵＡＢ5１２０６ｅ、ＵＡＢ6１２０６ｆ、ＵＡＢ7１２０６ｇ、ＵＡＢn１２０６ｈを含む。ＵＡＢ1１２０６ａは、プリアンブル１２３４ａ、加入者ＩＤ１２３４ｂ、ＩＰフロー識別子１２３４ｃ、スロット番号（slot sequence number）１２３４ｄ、ＣＲＣ（cyclical redundancy check）１２３４ｅを含む。
【０３７６】  ＵＡＢフィールドは無線基地局３０２によるＣＰＥ局２９４へのアップストリーム送信サブフレームのスロット（例えばＵＳ1−ＵＳ16）が受信されたという肯定応答である。アップストリーム送信サブフレームについて説明する。
【０３７７】  ＡＲＢ１２０６のサブスロットＵＡＢ1１２０６ａでは、プリアンブル１２３４ａはリンクの保全性のために使用するデータを含み、加入者ＩＤ１２３４ｂは予約要求を行っているＣＰＥ局２９４を識別し、ＩＰフロー識別子１２３４ｃはＩＰデータフローを識別し、サービス品質データクラス１２３４ａはＣＰＥ局２９４にとって既知の場合はＩＰデータフローの優先度クラスを識別し、ＩＰフロー優先度とタイプ１２３４ｂは新しいＩＰデータフローであることを表示し、巡回冗長符号を意味するＣＲＣ１２３４ｅはサブスロットＲＲＢ1１２１６ａのエラーチェックビットを提供する。
【０３７８】  図１２Ｅは、ダウンストリーム送信サブフレーム１２０２の代表的なＡＲＢ１２０８を示す。図１２Ｅのダウンストリーム送信サブフレームはＵＡＢ１２０６、ＡＲＢ１２０８、ＦＤＢ１２１０、ＤＳ1１２１２ａ、ＤＳ2１２１２ｂ、ＤＳ3１２１２ｃ、ＤＳ4１２１２ｄ、ＤＳ5１２１２ｅ、ＤＳ6１２１２ｆ、ＤＳ7１２１２ｇ、ＤＳ8１２１２ｈ、ＤＳ9１２１２ｉ、ＤＳ10１２１２ｊ、ＤＳ11１２１２ｋ、ＤＳm１２１２ｌ、ＣＣＢ１２３２を含む。
【０３７９】  ＡＲＢ１２０８はサブスロットＡＲＢ1１２０８ａ、ＡＲＢ2１２０８ｂ、ＡＲＢ3１２０８ｃ、ＡＲＢ4１２０８ｄ、ＡＲＢ5１２０８ｅ、ＡＲＢ6１２０８ｆ、ＡＲＢ7１２０８ｇ、ＡＲＢn１２０８ｈを含む。ＡＲＢ1１２０８ａは、プリアンブル１２３４ａ、加入者ＩＤ１２３４ｂ、ＩＰフロー識別子１２３４ｃ、スロット番号（slot sequence number）１２３４ｄ、ＣＲＣ（cyclical redundancy check）１２３４ｅを含む。
【０３８０】  ＡＲＢフィールドは無線基地局３０２によるＣＰＥ局２９４への無線基地局３０２がアップストリーム予約要求をＣＰＥ局２９４から受信したという肯定応答である。アップストリーム送信サブフレームについて説明する。
【０３８１】  ＡＲＢ１２０８のサブスロットＡＲＢ1１２０８ａでは、プリアンブル１２３４ａはリンクの保全性のために使用するデータを含み、加入者ＩＤ１２３４ｂは予約要求を行っているＣＰＥ局２９４を識別し、ＩＰフロー識別子１２３４ｃはＩＰデータフローを識別し、サービス品質データクラス１２３４ａはＣＰＥ局２９４にとって既知の場合はＩＰデータフローの優先度クラスを識別し、ＩＰフロー優先度とタイプ１２３４ｂは新しいＩＰデータフローであることを表示し、巡回冗長符号を意味するＣＲＣ１２３４ｅはサブスロットＲＲＢ1１２１６ａのエラーチェックビットを提供する。
【０３８２】  図１２Ｆはダウンストリーム送信サブフレーム１２０２の代表的なＦＤＢ１２１０を示す図である。図１２Ｆのダウンストリーム送信サブフレームはＵＡＢ１２０６、ＡＲＢ１２０８、ＦＤＢ１２１０、ＤＳ1１２１２ａ、ＤＳ2１２１２ｂ、ＤＳ3１２１２ｃ、ＤＳ4１２１２ｄ、ＤＳ5１２１２ｅ、ＤＳ6１２１２ｆ、ＤＳ7１２１２ｇ、ＤＳ8１２１２ｈ、ＤＳ9１２１２ｉ、ＤＳ10１２１２ｊ、ＤＳ11１２１２ｋ、ＤＳm１２１２ｌ、ＣＣＢ１２３２を含む。
【０３８３】  ＦＤＢ１２１０はダウンストリーム送信サブフレームのスロット（例えばＤＳ2−ＤＳ16）に関する詳細な情報を含んでいる。
【０３８４】  ＦＤＢ１２１０はプリアンブルサブスロット１２３６ａ、ダウンストリームスロットサブスロットの数１２３６ｂ、アップストリーム予約１サブスロット用ＩＰフローＩＤ１２３６ｃ、次のアップストリームサブフレームサブスロット用競合スロットカウント１２３６ｆを含んでいる。
【０３８５】  ＦＤＢ１２１０では、フィールドは以下のように定義されている。プリアンブルサブスロット１２３６ａはリンクの保全性のために使用するデータを含み、ダウンストリームスロットサブスロットの数１２３６ｂはダウンストリームスロット（ＤＳ）の数を含み、ダウンストリーム予約スロット用ＩＰフローＩＤ１２３６ｃはＤＳ１用のＩＰフロー識別を含み、ダウンストリームサブスロット用ＩＰフローＩＤ１２３６ｄはＤＳ2用の第二ＩＰフロー識別を含み、ダウンストリーム予約ｎサブスロット用ＩＰフローＩＤ１２３６ｅはＤＳm用の他のＩＰフロー識別を含み、次のアップストリームサブフレームサブスロット用競合スロットカウント１２３６ｆは、次に利用可能なアップストリームサブフレームのカウントを提供する。
【０３８６】  図１２Ｇは代表的なダウンストリームＭＡＣペイロードデータユニット（ＰＤＵ）を示す。ダウンストリームＭＡＣ  ＰＤＵは現在のペイロードの構造に関する情報を含んでいる。図１２ＧのダウンストリームＭＡＣ  ＰＤＵは、ＭＡＣリンクリスト番号１２３８ａ（ＭＡＣリンクリストの番号）、予約要求インデックス番号１２３８ｂ（ダウンストリームＩＰフローへのインデックス）、圧縮されたＩＰフロー識別子１２３８ｃ、圧縮されたＩＰフロー優先度およびタイプ１２３８ｄ（圧縮されたＩＰフローの優先度とタイプを識別する）、スロットペイロード１２３８ｅ（ダウンストリームデータスロットのデータ量）、ＣＲＣ１２３４ｅ（エラーチェック情報）を含む。
【０３８７】  図１２Ｈはダウンストリーム送信サブフレーム１２０２の代表的なＣＣＢを示している。ＣＣＢは、フレームおよびフレーム同期ごとに加入者ＣＰＥ局２９４により順序付けられたＯＡＭ＆Ｐコマンドから構成される。ＣＣＢ１２３２は、モードコマンドサブスロット１２４０ａ（ＣＰＥ局がとるモードをオプションで含む）、プロファイルコマンドサブスロット１２４０ｂ（モジュール用パッチなどの特定のシステムコマンドを含む）、制御データインデックスサブスロット１２４０ｃ（ダウンロードの場所とメモリの要件、またはその他のＣＰＥ局がデータをダウンロードするために必要な情報を含む）、データブロック１サブスロット１２４０ｄ（特定のシステムデータを含む）、データブロック２サブスロット１２４０ｅ（同様）、データブロックｎサブスロット１２４０ｆ（同様）、およびＣＲＣサブスロット１２３４ｅ（エラーチェック情報）を含む。
２．アップストリーム送信サブフレーム
【０３８８】  図１２Ｉに、代表的なアップストリーム送信サブフレーム１２０４を示す。図１２Ｉのアップストリーム送信サブフレームは送信器応答時間１２３０、ＤＡＢ１２１４、ＲＲＢ１２１６、フレームごとに異なる数、例えば１６個のＵＳ１２１８、フレームごとに加入者により順序付けられた、加入者からのＯＡＭ＆ＰデータからなるＯＤＢ（動作データブロック）１２４２を含む。ＵＳ送信１２１８はＵＳ1１２１８ａ、ＵＳ2１２１８ｂ、ＵＳ3１２１８ｃ、ＵＳ4１２１８ｄ、ＵＳ5１２１８ｅ、ＵＳ6１２１８ｆ、ＵＳ7１２１８ｇ、ＵＳ8１２１８ｈ、ＵＳ9１２１８ｉ、ＵＳ10１２１８ｊ、ＵＳ11１２１８ｋ、ＵＳ12１２１８ｌ、ＵＳn１２１８ｍを含む。
【０３８９】  図１２Ｋはアップリンク送信サブフレーム１２０５の代表的なＲＲＢ１２１６を示している。図１２Ｋのアップリンク送信サブフレームはまた、ＤＡＢ１２１４、ＲＲＢ１２１６、ＵＳ1１２１８ａ、ＵＳ2１２１８ｂ、ＵＳ3１２１８ｃ、ＵＳ4１２１８ｄ、ＵＳ5１２１８ｅ、ＵＳ6１２１８ｆ、ＵＳ7１２１８ｇ、ＵＳ8１２１８ｈ、ＵＳ9１２１８ｉ、ＵＳ10１２１８ｊ、ＵＳ11１２１８ｋ、ＵＳ12１２１８ｌ、ＵＳn１２１８ｍ、ＯＤＢ１２４２を含む。
【０３９０】  ＲＲＢ１２１６はサブスロットＲＲＢ1１２１６ａ、ＲＲＢ2１２１６ｂ、ＲＲＢ3１２１６ｃ、ＲＲＢ4１２１６ｄ、ＲＲＢ5１２１６ｅ、ＲＲＢ6１２１６ｆ、ＲＲＢ7１２１６ｇ、ＲＲＢn１２１６ｈを含む。ＲＲＢ1１２１６ａはプリアンブル１２３４ａ、加入者ＩＤ１２３４ｂ、ＩＰフロー識別子１２３４ｃ、QoS（quality of service）データクラス１２４４ａ、IPフロー優先度およびタイプ１２４４ｂ、ＣＲＣ１２３４ｅを含む。
【０３９１】  ＣＰＥ局２９４はＲＲＢ１２１６のサブスロット（ＲＲＢ1１２１６ａ、ＲＲＢ2１２１６ｂ、ＲＲＢ3１２１６ｃ、ＲＲＢ4１２１６ｄ、ＲＲＢ5１２１６ｅ、ＲＲＢ6１２１６ｆ、ＲＲＢ7１２１６ｇ、ＲＲＢn１２１６ｈ）の一つを使用して予約要求、すなわちＣＰＥ局２９４による未来のアップリンク送信サブフレームの帯域幅の要求、を行う。２つのＣＰＥ局２９４ｄ、２９４ｅがＲＲＢ１２１６の同じサブスロットにアクセスしようとすると（擬似乱数発生器が同じサブスロットを選択すると起こりうる）、「輻輳」が発生し、データは無線基地局３０２で読めなくなる。二つのＣＰＥ局２９４ｄ、２９４ｅは再試行が必要となる。
【０３９２】  予約要求スロットもＩＰフローごとに設けることができる。予約要求スロットをＣＰＥ加入者局ごとに一つずつ割り当てるのではなく、デフォルトの数（例えば５）のスロットを競合スロットとして使用できるようにする。予約要求スロットの数を超える数の加入者の要求により輻輳が検出された場合、割り当てられたスロットが動的に変化してＲＲＢスロットを追加して提供することができる。（輻輳は、イーサネット上で衝突している装置がランダムの時間に再試行してバスアーキテクチャを介して再送を試みるイーサネットのＣＳＭＡ／ＣＤ輻輳と類似している。）
【０３９３】  本発明の無線通信方法は、N. Abramsonが１９７０年初めに開発した「Aloha」方法に改良を加えて．Robertsが１９７２年に開発した「Slotted Aloha」方法の考え方に基づいて構築された、いわゆるビットマップ予約（bit-mapped reservation）プロトコルである。Slotted Aloha方法と同様に、本発明は、データ送信を任意のポイントで行うのではなく、データ送信に離散的なスロットを提供している。しかしながら、本発明はデータの実際の「ペイロード」を送信する代わりに、実際のデータペイロードのコンテンツを記した「予約要求」だけを送信するという長所がある。また、予約要求用のスロットの数は、検出された輻輳の最新の頻度に応じて動的に変更できるという長所もある。
【０３９４】  無線で以前に使用されたpersistent型、non-persistent型など各種のＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）技術とは異なり、本発明の方法は、加入者ＣＰＥ局２９４ｄは送信する前にキャリア（無線チャネル）を「検知」する必要がないという長所がある。その代わり、加入者ＣＰＥ局２９４ｄは「サブスロット」を選択して擬似乱数の選択により、キャリア検知を行わずに送信する。輻輳が検出された場合、加入者ＣＰＥ局２９４ｄは擬似乱数処理を使用して次ぎのフレームで再び試みる。
【０３９５】  一部の予約プロトコルで使用されているように、競合解決用のビットマッププロトコルを使用する代わりに、無線基地局は予約要求を明示的に承認することができる。標準ビットマッププロトコルは、続く送信の順序がビットマップパターンから間接的に判断できるように、すべての局が他のすべての局から信号を受信可能である必要がある。本発明の方法は、他のＣＰＥ加入者局２９４ｄから予約要求信号を受信する必要がないという長所がある。これは、たとえば見通し距離の制限がつくことのある高い周波数（例えば２ＧＨｚから３０ＧＨｚ）で他のＣＰＥ加入者局２９４ｄの送信を受信する要件はＣＰＥ加入者局のトポロジー、場所、距離を著しく制約することになりかねないために有利である。
【０３９６】  無線基地局３０２が要求された予約を明示的に承認することができるようにしたため、相対的または動的ＣＰＥ局２９４ｄ（またはＩＰフロー）優先度ファクタなど、その他のファクタも考慮することができる。したがって、競合サブスロットの数を動的に調整可能な本発明の予約プロトコルと明示的な無線基地局の予約承認により、ＩＰフローのＱｏＳ要求に応じて無線、帯域幅などの無線割り当てを行う、従来方法より最適な方法を提供することができる。
【０３９７】  前述のように、ＲＲＢ1１２１６ａは以下のフィールドを含む。すなわちプリアンブル１２３４ａ、ＩＰフロー識別子１２３４ｃ、QoS（quality of service）データクラス１２４４ａ、IPフロー優先度およびタイプ１２４４ｂ、ＣＲＣ１２３４ｅを含む。ＲＲＢ１２１６のサブスロットＲＲＢ1１２１６ａで、プリアンブル１２３４ａはリンクの保全性のために使用するデータを含み、加入者ＩＤ１２３４ｂは予約要求を行っているＣＰＥ局２９４を識別し、ＩＰフロー識別子１２３４ｃはＩＰデータフローを識別し、サービス品質データクラス１２３４ａはＣＰＥ局２９４にとって既知の場合はＩＰデータフローの優先度クラスを識別し、ＩＰフロー優先度とタイプ１２３４ｂは新しいＩＰデータフローであることを表示し、巡回冗長符号を意味するＣＲＣ１２３４ｅはサブスロットＲＲＢ1１２１６ａのエラーチェックビットを提供する。オプションでサブスロットＲＲＢ1１２１６ａに、ＣＰＥ局２９４がそのＩＰデータフローで送信するデータパケットの数を含むフィールドを追加することもできる。
【０３９８】  図１２Ｊはアップストリーム送信サブフレーム１２０４の、ＣＰＥが基地局からのスロット受信の肯定応答を行う代表的なＤＡＢ１２１４を示す図である。ＤＡＢは加入者ＣＰＥ局２９４から無線基地局への、前のサブフレームでダウンストリームスロットが受信されたという肯定応答である。
【０３９９】  ＤＡＢ１２１４はＤＡＢ1１２１４ａ、ＤＡＢ2１２１４ｂ、ＤＡＢ3１２１４ｃ、ＤＡＢ4１２１４ｄ、ＤＡＢ5１２１４ｅ、ＤＡＢ6１２１４ｆ、ＤＡＢ7１２１４ｇ、ＤＡＢn１２１４ｈを含む。サブスロットＤＡＢ1１２１４ａは、プリアンブル１２３４ａ、加入者ＩＤ１２３４ｂ、ＩＰフロー識別子１２３４ｃ、スロット番号（slot sequence number）１２３４ｄ、ＣＲＣ（cyclical redundancy check）１２３４ｅを含む。（これらのフィールドはＲＲＢで説明したものと同じ情報を有している。）
【０４００】  図１２Ｌは代表的なＭＡＣ  ＰＤＵアップストリームスロットを示す。図１２ＬのＭＡＣ  ＰＤＵアップストリームスロットは、ＣＰＥリンクリスト番号１２４６、CPEリンクリスト番号１２４６、予約要求インデックス番号１２３８ｂ、圧縮されたIPフロー識別子１２３８ｃ、圧縮されたIPフロー優先度およびタイプ１２３８ｄ、スロットペイロード１２３８ｅ、ＣＲＣ１２３４ｅを含む。アップストリームＭＡＣ  ＰＤＵはダウンストリームＭＡＣ  ＰＤＵと似ているが、アップストリームペイロード情報のために使用される。
【０４０１】  図１２Ｍ、１２Ｎ、１２Ｏは代表的なＯＤＭ１２４２の詳細を説明する図である。このフィールドを使用して無線基地局３０２とＣＰＥ局２９４の間の接続に関する情報を保存することができる。ＯＤＢ１２４２は、プリアンブル１２３４ａ（リンク保全性データを含む）、加入者ＩＤ１２３４ｂ（予約要求を行っているＣＰＥ局２９４を識別する）、システムステート１２４８ａ（ＣＰＥ局２９４のステータスに関する情報）、性能データ１２４８ｂ（バッファ統計、ｃｐｅプロセッサ性能統計、システムステート）、アンテナデータ１２４８ｃ（庵手難に関する情報）、ＣＲＣ１２３４ｃ（エラーチェック情報）、同期パターン１２４８ｄ（エラーチェック情報）を含む。
【０４０２】  図１２Ｍに示されるように、システムステートサブスロット１２４８ａは、システムモード１２５０ａ（ＣＰＥ局のモード。例えばコマンドモード、動作モード、システムの初期モードなど）、システムステータス１２５０ｂ（ＣＰＥ局のステータス）、システムリソース１２５０ｃ（ＣＰＥ局のモード）、システム動力１２５０ｂ（ＣＰＥ局のモード）、システム温度１２５０ａ（ＣＰＥ局の温度）から構成される。ＣＰＥ局２９４はＯＤＢ１２４２を使用して順番に情報を送信する必要がある。
【０４０３】  図１２Ｎに示されるように、性能データ１２４８ａは、通信試行を繰り返した回数１２５２ａ、スリップしたフレームの数１２５２ｂ、待ちステートインデックス１２５２ｃ（待機ステートへのインデックス）から構成される。
ｆ．代表的なクラスに基づいたフレーム優先度付け
【０４０４】  図１３は、代表的な本発明のスケジューリングを行うフロースケジューラを示すブロック図１３００である。ブロック図１３００には、フロースケジューラ６０４、６３４（ダウンリンクフロースケジューラ６０４とアップリンクフロースケジューラ６３４の組み合わせ）、ダウンリンク送信サブフレーム１２０２（すなわち、次のＭＡＣダウンストリームサブフレーム）、アップリンク送信サブフレーム１２０４（すなわち、現在のＭＡＣアップストリームサブフレーム）が含まれている。ブロック図１３００にはまた、次のダウンストリーム構成要素が示されている。すなわち、ダウンストリーム予約ＦＩＦＯ（first-in-first-out）キュー１３２２、クラス−１ダウンストリームキュー１３０２、クラス−２ダウンストリームキュー１３０４、クラス−３ダウンストリームキュー１３０６が含まれている。ブロック図１３００はさらに以下のアップストリーム予約構成要素を含む。すなわち、現在のＭＡＣアップストリームサブフレーム１３４４（保存する現在のアップストリームサブフレーム１２０４）、前のＭＡＣアップストリームサブフレーム１３４６、１３４８、１３５０、クラス１アップストリーム予約要求キュー１３０８、クラス２アップストリーム予約要求キュー１３１０、クラス３アップストリーム予約要求キュー１３１２である。
【０４０５】  ダウンリンクパスで、ＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサ（後で図１５Ａ、１５Ｂを参照して説明する）は、受信したデータパケットをクラス１パケットフローキュー１３２４、１３２６、１３２８、クラス２パケットフローキュー１３３０、１３３２、１３３４、クラス３パケットフローキュー１３３６、１３３８、１３４０、１３４２にキューイングする。
【０４０６】  階層型クラスに基づいた優先度プロセッサ、ＶＰＮ（仮想プライベートネットワーク） ＤＥＮ（directory enabled networking）データテーブル、ＳＬＡ（サービスレベル契約）優先度データテーブル（後で図１５Ａ、１５Ｂを参照して説明する）からの入力に基づいて、クラス１、クラス２、クラス３パケットフローキューは、それぞれクラス１ダウンストリームキュー１３０２、クラス２ダウンストリームキュー１３０４、クラス３ダウンストリームキュー１３０６に割り当てられる。フロースケジューラ６０４、６３４は、これらのダウンリンクデータパケットをダウンリンク送信サブフレーム１２０２にスケジューリングする。
【０４０７】  一つの実施例では、追加の処理を行って待ち時間とジッターを最小化することができる。例えば、クラス１パケットフローキュー１３２４のデータパケットがジッターも待ち時間もない伝送、すなわち一定の時間間隔でリアルタイムのパケットの伝送を要求するとする。パケットフローキュー１３２４は、例えばクラス１ダウンストリームキュー１３０２に示されるように４つの時間間隔の等しいスロット予約を未来のフレームに作成する（図１３を参照）。予約はダウンストリーム予約ＦＩＦＯキュー１３２２に送られ、フロースケジューラ６０４、６３４により未来のダウンストリームフレーム１２０２にスケジューリングされる。
【０４０８】  アップリンクパスでは、未来アップストリームスロット用の予約要求は無線基地局３０２に無線媒体を介してＣＰＥ加入者局２９４から受信された現在のアップストリームサブフレーム１２０４の一部として到達する。現在のアップストリームサブフレーム１３４４は、図８Ｂで説明した内容に従って、アップリンクパケットの分析とスケジューリングを行うために、一時的に予約要求を保存することができる。前のアップストリームサブフレーム１３４６、１３４８、１３５０は、未来のアップストリームサブフレーム１２０４にアップストリームフレームスロット割り当てを待っているアップストリーム予約要求を含む。図１２Ｋを参照して説明したＲＲＢ（予約要求ブロック）は、ＩＰ識別子＃とフローのクラスの一つのＩＰフローに対する複数のスロットの予約を含む。（ＩＰフローとクラスによる）アップストリーム予約要求はクラス１アップストリーム予約要求キュー１３０８、クラス２アップストリーム予約要求キュー１３１０、クラス３アップストリーム予約要求キュー１３１２にＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサ（図１６Ａと１６Ｂを参照して後で説明）によりキューイングされる。フロースケジューラ６０４、１５６６と、６３４、１６６６はそれぞれこれらのダウンストリーム予約とアップストリーム予約要求を使用してスロットを次のダウンストリーム送信サブフレーム１２０２とアップストリーム送信サブフレーム１２０４のデータパケットに割り当てる。
【０４０９】  図１４は、事前予約アルゴリズムの代表的な二次元ブロック図１４００である。図１４はＭＡＣサブフレームスケジューラ１５６６、１６６６と、時間ｎ，ｎ＋１、ｎ＋２、．．．ｎ＋ｘで送信されるデータパケットのフレームを表す、現在のフレームｎ１４０２、未来のフレームｎ＋１  １４０４、未来のフレームｎ＋２  １４０６、未来のフレームｎ＋３  １４０８、未来のフレームｎ＋４  １４１０、未来のフレームｎ＋５  １４１２、未来のフレームｎ＋６  １４１４、．．．未来のフレームｎ＋ｘ  １４１６を含む。各フレームは可変長のダウンリンクサブフレーム１２０２と可変長のアップリンクサブフレーム１２０４に分割される。ダウンリンクサブフレーム１２０２とアップリンクサブフレーム１２０４は併せて全フレームの長さを構成している。
【０４１０】  各フレームｎ１４０２は複数のスロット（１４１８−１４７８）を含む。スロット１４１８−１４４６はダウンリンクサブフレーム１２０２、スロット１４４８−１４７８はアップリンクサブフレーム１２０４を構成している。一つの実施例では、スロットの長さは固定されており、一つのスロットは一つのデータパケットを保存することができる。フレームのフレームスロットの合計数は一定である。例えば、あるフレームが６４個のフレームスロットを有するとすると、それらのスロットは、例えば３２個をアップリンク、３２個をダウンリンクに、または６４個をアップリンク、０個をダウンリンクにと動的にアップリンクまたはダウンリンクの方向に割り当てることができる。ブロック図１４００は、各スロットが一つの時間値（すなわちスロットごとの時間間隔）、例えば０．０１ｍｓを持ち、各フレームがフレーム間隔時間値（すなわちフレームごとの時間間隔）、例えば０．５ｍｓを持った二次元マトリクスと考えることができる。
【０４１１】  本発明では、事前予約アルゴリズムは、パケットが関連するＩＰデータフローの優先度に基づいて未来スロットをデータパケットに割り当てる。代表的な優先度は図８Ａと図８Ｂを参照して説明した通りである。ジッターに敏感な呼は時間感知型（時間に敏感）であるため、等時な接続（時間について同相）を保持することが重要である。そのような信号では、データがフレーム間で同じスロット、またはフレーム間で周期的な変動を持ったスロットに分散することが重要である。例えば、垂直な予約１４８０は、各フレームでダウンリンク通信用の同じスロットを受信するジッター感知型信号を示す。特に、信号はフレーム１４０２―１４１６のスロット１４２２に割り当てられる。フレーム間の間隔が０．５ｍｓの場合、このＩＰフローが一つのスロットに０．５ｍｓの間隔で割り当てられる。別の例では、斜めの予約１４８２は連続したフレーム間を一定の期間で変化するスロットを受信するジッター感知型信号を示す。特に、信号はフレーム１４０２のスロット１４４０に、フレーム１４０４のスロット１４３８に、．．．フレーム１４１６のスロット１４２６に割り当てられ、「斜め」を形成する。フレーム間の間隔が０．５ｍｓでスロット間の間隔が０．０１ｍｓの場合、このＩＰフローを一つのスロットに０．５−０．０１で０．４９ｍｓの間隔で割り当てることができる。したがって、フレーム間隔を短くする場合は右上がりの斜めの予約を使用することができる。フレーム間隔を長くする場合は、例えば右下がりの斜めのアップリンク予約１４８４など、右下がりの斜めの予約を使用することができる。斜めの予約１４８２は、連続したフレーム間の期間の設定に応じてより顕著にする（例えば傾きを大きくしたり小さくしたりする）ことができる。予約パターン１４８０、１４８２、１４８４、１４８６はジッター感知型通信にとって有用なパターンである。また、図に示されている、垂直な予約１４８０に類似した垂直な予約１４８６は、アップリンク方向のジッター感知型通信に有用である。
【０４１２】  待ち時間（latency）感知型の（待ち時間に敏感な）場合は各フレームに一つ以上のスロットを保証することができる。例えば、待ち時間に敏感ではあるがジッターには敏感でない呼の場合、通信のために各のフレームに対して一つ（または一つ以上）のスロットを割り当てることができる。しかしながら、ジッター感知型呼の場合のようにスロットはフレーム間で周期的である必要はない。一つのＩＰフローについてフレームごとに割り当てるスロットの数が多いほど、そのＩＰフローのフレームレートごとに帯域幅の合計は大きくなる。
【０４１３】  待ち時間にそれほど敏感でない呼の場合、通信用に割り当てるフレームごとのスロットの数は少なくなる。例えば、待ち時間にそれほど敏感でない通信については、４つのフレームごとに一つのスロットに保証された帯域幅を受けることができる。それよりもさらに待ち時間に敏感でない呼の場合は、例えば１０のフレームごとに一つのスロットを受けることができる。
【０４１４】  これらの原則を用いて、事前予約アルゴリズムは使用可能な数の未来フレームのスロットを使用して、優先度が最高のものから優先度が最低のものまでスロットを割り当ることができる。最初にジッターも待ち時間も両方とも敏感なＩＰデータフローを周期的なパターンのスロット（例えば１４８０、１４８２、１４８４、１４８６）に割り当てるととができる。次に待ち時間にとても敏感なフロー（しかしジッターには敏感でない）を割り当て、この順序で最後に待ち時間に最も敏感でないフローにスロットを割り当てる。スケジューラ６０４、６３４、１５６６、１６６６によるクラスの異なるＩＰフローの優先度付けについては後で図１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂを参照して説明する。
ｇ．ダウンリンクサブフレームの優先度付け
１．概要
【０４１５】  図１５Ａ、１５Ｂはダウンリンク方向の共有無線帯域幅の分析とスケジューリングに関する代表的な論理フローの図である。論理フローは、無線媒体を介して加入者ＣＰＥ局２９４ｄに送信するために、データネットワーク１４０から無線基地局３０２に到着するＩＰパケットフローに関する。図１５ＡはダウンリンクＩＰアナライザ６０２の代表的な論理フロー図１５００である。図１５Ｂは、ダウンリンクフロースケジューラ６０４の代表的な論理フロー図１５６０である。図１５Ａ、１５Ｂの機能的構成要素について方法モジュールにより説明する。方法モジュールは物理ユニット（構成するソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせ）または論理手段（説明する目的のみに使用）と考えることができる。当業者には、それらのモジュールは本実施例を説明する目的のみのために使用するものであり、限定するものではないことは自明である。
【０４１６】  図１５ＡのダウンリンクＩＰフローアナライザに関する代表的な論理フロー図１５００は、パケットヘッダ識別部１５０２、パケット特徴付け部１５０４、パケットクラス分け部１５０６、ＩＰフロープレゼンテーション部１５０８を含む。各部の機能の詳細について説明する。
【０４１７】  一つの実施例では、ダウンリンクＩＰフローアナライザ６０２は無線基地局３０２の場所に物理的に位置しているが、当業者には、無線基地局３０２から離れた場所に同じ機能を配置することが可能であることは自明である。本発明の好ましい実施例では、ＩＰフローアナライザ６３２の機能は、基地局２０３へのパケット／ＩＰフローのアップリンクのためにアップリンク予約スロットを希望する加入者ＣＰＥ局２４ｄで実行する。ＩＰフロー識別子、パケットの数、ＩＰフローのクラス分けの詳細を含む要求ブロック（ＲＲＢ）要求は、ＩＰフローアナライザ６３２により生成することができ、競合ＲＲＢによりアップリンクされ、アップリンクフレームスケジューラ６３４により無線基地局３０２で未来アップリンクフレームにスケジューリングされることが好ましい。
【０４１８】  図２Ｄ、３Ａ、３ＢはダウンリンクＩＰフローアナライザの理解を助けるためのものである。
２．導入
【０４１９】  ＩＰフローアナライザ６０２は、ダウンリンクフレームスケジューラ６０４へのデータパケットの識別、特徴付け、クラス分け、提示（プレゼンテーション）を実行する。データパケットを識別、特徴付け、クラス分け、提示する機能は、それぞれダウンリンクＩＰフローアナライザ６０２のパケットヘッダ識別部１５０２、パケット特徴付け部１５０４、パケットクラス分け部１５０６、ＩＰフロープレゼンデーション部１５０８により実行される。
【０４２０】  パケットヘッダ識別部１５０２は着信ＩＰデータフローのデータパケットがシステムにとって既知なＩＰフローの一部であるか、または新しいＩＰデータフローの最初のデータパケットであるかどうかをパケットヘッダ部のフィールドの内容に基づいて判断する。パケットヘッダ識別部１５０２はまた、パケットヘッダフィールドの内容から、例えばパケットの送信元を識別する。パケット特徴付け部１５０４は新しいデータパケット（または新しいデータフロー）を特徴付け、そのＩＰデータフローに関するＱｏＳ要件を判断し、そのＩＰデータフローを受信する加入者ワークステーションに関わる加入者ＣＰＥ局を識別する。パケットクラス分け部１５０６は新しいＩＰデータフローを通信優先度クラスにクラス分けし、パケットを類似のタイプのＩＰフロー同士でグループ分けする。ＩＰデータフロープレゼンテーション１５０８は新しいＩＰデータフローを初期化してダウンリンクフロースケジューラ６０４に提示する。
【０４２１】  ダウンリンクフロースケジューラ６０４はＩＰデータフローのデータパケットをクラスキューに配置し、一連の規約に従って、例えば事前予約アルゴリズムにより無線媒体を介して加入者ＣＰＥ局に送信するデータパケットをスケジューリングする。規約は、階層的クラスに基づいた優先度モジュール１５７４、VPN（virtual private network） DEN（directory enabled）データテーブル１５７２、サービスレベル契約（ＳＬＡ）優先度データテーブル１５７０からのダウンリンクフロースケジューラへの入力に基づいて決定することができる。事前予約アルゴリズムについては図１４を参照して説明した。
３．識別
【０４２２】  パケットヘッダ識別部１５０２は、パケットヘッダに基づいてデータインタフェース３０２でデータネットワーク１４２から受信したＩＰフローを識別する。
【０４２３】  様々なＩＰフローからのパケットを含む（各ＩＰフローは一つのデータ「呼」と関連している）、データネットワーク１４２からのＩＰフローパケットストリームは、パケットヘッダ識別部１５０２で受信される。ＩＰフローは、例えばパケット化音声、ビデオ、オーディオ、データ、ＩＰフロー、ＶＰＮフロー、リアルタイムフローなどのあらゆる種類のデジタル情報を含むパケット化データを含むことができる。ＩＰフローはデータネットワーク１４２を介して、例えばホストワークステーション１３６ｄから送信され、無線基地局３２０のインタフェース３０２に到達する。インタフェース３０２はＩＰフローのパケットをパケットヘッダ識別部１５０２に送信する。モジュール１５１０で、受信されたパケットは保存エリアにバッファされる。モジュール１５２０で、パケットヘッダフィールドの内容が抽出され、解析される。
【０４２４】  システムに既知のＩＰフロー、いわゆる「既存のＩＰフロー」の場合、テーブル１５２６にエントリがある。特徴付けられたＩＰデータ呼がすでにある場合、ＩＰフローはシステムにある。モジュール１５２２では、着信パケットと、既存のＩＰフロー識別テーブル１５２６のエントリの既存のＩＰフロー呼の間でマッチするかどうか判断される。マッチすると判断された場合、そのＩＰフローはシステムにとって既知であるので、パケット特徴付け部１５０４のモジュール１５３０に送られる。
【０４２５】  マッチしないと判断された場合、ＩＰフローは新しいＩＰデータフローであるので、モジュール１５２４に送られ、パケットヘッダフィールドが分析される。モジュール１５２４はパケットヘッダの送信元フィールドを分析し、送信元アプリケーションのパケットヘッダデータテーブル１５２８から、そのデータ呼を作成している、またはそのＩＰパケットを送信している送信元アプリケーションのタイプを判断する。アプリケーションは図２Ｄに記載のアプリケーション、または当業者に既知のものであってよい。例として、他のクライアントワークステーション１３８ｆからダウンロードされたＦＴＰ（file transfer protocol）、IP voice telephony呼（電話ゲートウェイ２８８ｂを介して）、発呼者１２４ｄ（モデムを介して接続）からの音声電話呼、ＬＡＮ１２８ａに接続したホストワークステーション１３６ａからの電子メール、ファクス呼、複数の発呼者１２４ｄ、１２６ｄ（モデムを介して接続）からの会議呼などがあげられる。ＩＰフローがシステムに既知のものでない場合、そのＩＰフローにはＩＰフロー識別番号が与えられ、モジュール１５２６に送られてＩＰフロー識別番号が既存のＩＰフロー識別テーブル１５２６に加えられる。
【０４２６】  パケットヘッダ情報、または直接アプリケーションを識別するなどその他の手段により送信元アプリケーションのタイプが判別されると、モジュール１５２４からパケット特徴付け部１５０４のモジュール１５３２に送られる。ＩＰフローの送信元アプリケーションのタイプを識別するために、ＴＯＳ（サービスタイプ）またはＤｉｆｆＳｅｒｖ（differential service）フィールドを分析することも可能である。
４．特徴付け
【０４２７】  パケット特徴付け部１５０４は新しいＩＰフローを特徴付けてから、クラス分けのためにパケットクラス分け部１５０６に送る。
【０４２８】  既存のＩＰフローの場合、パケットヘッダ識別部１５０２のモジュール１５２２からモジュール１５３０に進む。モジュール１５２２でＩＰデータフローがシステムに既知のものと判断された場合は、モジュール１５３０でパケットが古すぎるか判断される。これは、例えば有効期限（time to live）パケットヘッダフィールド（ＩＰパケットヘッダのフィールド）からパケットの存在時間を判断し、フィールドをしきい値生存時間値と比較することで行うことができる。パケットが古すぎると判断された場合は破棄することができる。クライアントアプリケーションの破棄はパケットの生存時間に基づいて予想することができる。そうでない場合は、パケットクラス分け部１５０６のモジュール１５４０に進む。
【０４２９】  新しいＩＰフローの場合は、パケットヘッダ識別部１５０２のモジュール１５２４からモジュール１５３２に進む。モジュール１５２４でＩＰフローがシステムに既知でないと判断された場合、モジュール１５３２で、モジュール１５２４と１５２８で識別した送信元アプリケーション情報からそのアプリケーションのＱｏＳ要件が判断される。モジュール１５３２は、ＱｏＳ要件テーブル１５３４を参照して識別された送信元アプリケーションのＱｏＳ要件を検出することによりこの動作を実行する。最終ユーザに認められる利便性を提供するため、異なったアプリケーションは異なったＱｏＳ要件を有している。例えば、ＦＴＰファイルトランスファダウンロードを実行するアプリケーションには帯域幅割り当て（すなわち、適当な量の帯域幅を割り当てること）は重要であるが、ジッター（受信したデータの時間同期）、待ち時間（応答間の経過時間）は重要ではない。これとは反対に、音声電話や会議呼ではジッターや待ち時間は重要であるが、帯域幅割り当ては重要ではない。
【０４３０】  モジュール１５３２による処理の後、モジュール１５３６で、そのＩＰフローについて加入者ＣＰＥ  ＩＰアドレステーブル１５３８から送信先ＣＰＥ加入者局ＩＤの参照を実行する。各加入者ＣＰＥ局２９４ｄは、そこをホームとする一つ以上の加入者ワークステーション１２０ｄで作動する一つ以上のアプリケーションを有することができる。したがって、ＩＰフローは、一つ以上のＣＰＥ局２９４ｄの一つ以上の加入者ワークステーションの一つ以上のアプリケーションに対応することができる。加入者ワークステーションに加入者ＣＰＥ局２９４ｄに接続した装置を使用することができる。モジュール１５３６はテーブル１５３８のＩＰフローを参照し、データネットワーク１４２からの新しいＩＰフローのパケットを受信する加入者ＣＰＥ局２９４ｄの識別を判断する。その後、モジュール１５３６からパケットクラス分け部１５０６のモジュール１５４２に進む。
５．クラス分け
【０４３１】  パケットクラス分け部１５０６はＩＰフローをクラス分けして、提示するためにＩＰフロープレゼンテーション部１５０８に送る。
【０４３２】  既存のＩＰフローの場合、パケット特徴付け部１５０４のモジュール１５３０からモジュール１５４０に進む。モジュール１５３０で古すぎていないと判断されたパケットは適当なクラスのキューに配置される。次にモジュール１５４０で、パケットは既存のＩＰフローと関連付けられる。図１５Ａに図示されたように、ここで処理されたパケットはシステムに既知のＩＰフローの一部として判断される。したがって、このパケットのＱｏＳ要件はそのＩＰフローと同じと見なされるため、モジュール１５３２、１５３６、１５４２のＱｏＳ処理は不要となる。別の実施例では、すべてのパケットは特徴付けられてクラス分けされる。モジュール１５４０からＩＰフロープレゼンテーション部１５０８のモジュール１５４６に進む。
【０４３３】  新しいＩＰフローの場合、パケット特徴付け部１５０４のモジュール１５３６からモジュール１５４２に進む。モジュール１５４２では、パケットは、パケットのＱｏＳ要件に応じて、様々なタイプのＱｏＳクラスが保存されているＩＰフローＱｏＳクラステーブルモジュール１５４４のテーブルを参照してＱｏＳクラスにクラス分けされる。モジュール１５４２で類似したＩＰフロー（類似したＱｏＳ要件を有したＩＰフロー）は一緒にグループ分けすることができる。パケットとＩＰフローのクラス分けで、ＱｏＳクラスグループ分け、ＤｉｆｆＳｅｒｖ優先度マーキング、ＴＯＳ優先度マーキングを考慮することができる。モジュール１５４２から、ＩＰフロープレゼンテーション部１５０８のモジュール１５４８に進む。
６．ＩＰフロープレゼンテーション
【０４３４】  ＩＰフロープレゼンテーション部１５０８はＩＰフローパケットを作成してダウンリンクフロースケジューラ６０４に提示する。
【０４３５】  既存のＩＰフローの場合は、パケットクラス分け部１５４０のモジュール１５４０からモジュール１５４６に進む。モジュール１５４６で、パケットは、関連する既存のＩＰフローキュー、すなわち現在のＩＰフローのキューに加えられる。モジュール１５４６から、ダウンリンクフロースケジューラ６０４のＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサモジュール１５６２に進む。
【０４３６】  新しいＩＰフローの場合、パケットクラス分け部１５０６のモジュール１５４２からモジュール１５４８に進む。モジュール１５４８で、この新しいＩＰフローはモジュール１５５２に提示するために初期化することができる。モジュール１５５０で、ＩＰフローＱｏＳクラスはフレームスケジューラ６０４に提示されて適当なクラスキューに配置される。モジュール１５５２はＩＰフロー（特にデータパケット）とＩＰフロー識別子をダウンリンクフロースケジューラ６０４のＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサモジュール１５６２に提示する。
７．ダウンリンクフロースケジューラ
【０４３７】  図１５Ｂのダウンリンクフロースケジューラ６０４の代表的な論理フロー図１５６０は、ＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサモジュール１５６２、ＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラモジュール１５６６、階層的クラスに基づいた優先度モジュール１５７４、VPN DENデータテーブルモジュール１５７２、ＳＬＡ優先度データテーブル１５７０、ＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度ステータスプロセッサ１５８２、リンク層肯定応答プロセッサモジュール１５７８を含んでいる。
【０４３８】  図１５Ｂのダウンリンクフロースケジューラ６０４はまた、以下のＱｏＳクラスキュー、すなわちクラス１、１５６４ａ；クラス２、１５６４ｂ；クラス３、１５６４ｃ；クラス４、１５６４ｄ；クラス５、１５６４ｅ；クラス６、１５６４ｆと、以下のＭＡＣダウンリンクサブフレーム、すなわちフレームｎ、１５５８ａ；フレームｎ＋１、１５５８ｂ；フレームｎ＋２、１５５８ｃ；フレームｎ＋３、１５５８ｄ；．．．フレームｎ＋ｐ、１５５８ｋを含む。
【０４３９】  一つの実施例では、ダウンリンクフロースケジューラ６０４は物理的に無線基地局３０２の場所に位置しているが、同じ機能を無線基地局３０２から遠隔の場所に設けることが可能であることは当業者には自明である。
【０４４０】  ダウンリンクフロースケジューラ６０４を使用してダウンリンクサブフレームをスケジューリングすることができる。一つのフレーム全体を、アップリンクフレームを送信するアップリンク部（「アップリンクサブフレーム」という）と、ダウンリンクフレームを送信するダウンリンク部（「ダウンリンクサブフレーム」という）に分割することができる。
【０４４１】  図１５Ｂにはまた、ＷＡＰアンテナ、無線媒体、２９０ｄ、ＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄ、加入者ＣＰＥ局２９４ｄ、加入者ワークステーション１２０ｄが示されている。ＷＡＰアンテナ２９０ｄとＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄはそれぞれ無線基地局３０２（一つの実施例ではダウンリンクフロースケジューラ６０４が位置する場所）と加入者ＣＰＥ局２９４ｄ（ＩＰフローを加入者ワークステーション１２０ｄが作動しているアプリケーションに送信することができる）の間の無線接続を提供する。ＷＡＰアンテナ２９０ｄはデータネットワーク１４２の無線ゲートウェイとして動作し、ＲＦトランシーバ加入者アンテナは加入者ＣＰＥ局２９４ｄの無線ゲートウェイとして動作する。この接続は図２Ｄと３Ｂにも示されている。ＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサモジュール１５６２は、ＩＰフロープレゼンテーション部１５０８からパケットを受信する。モジュール１５６２はクラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆを生成し、パケットをこれらのクラスキューに配置する。ここでクラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆの数は可変である。クラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆにパケットを配置する方法はモジュール１５６２への入力により決定される。
【０４４２】  モジュール１５６２は、階層的クラスに基づいた優先度モジュール１５７４、VPN DENデータテーブルモジュール１５７２、ＳＬＡ（サービスレベル契約）優先度データテーブル１５７０から入力を受けることができる。モジュール１５６２の機能はこれらの入力に基づいてキューイングを行うことができる。
【０４４３】  ＳＬＡ優先度データテーブル１５７０は、特定の顧客に対して定められたサービスレベル契約を使用してキューイング機能に影響を与えることができる。顧客は、例えば追加の料金を支払うことにより、より品質の高い電気通信サービス、すなわちプレミアムサービスを受けることができる。モジュール１５６２で作動するアルゴリズムは、そのような顧客に送信されたメッセージのキューイング優先度を高くすることができる。
【０４４４】  ＶＰＮ（virtual private network） DEN（directory enabled networking）データテーブル１５７２は、ＶＰＮ機能の料金を支払う会社に対して定められたサービス品質のＶＰＮの優先度付けを行うことができる。ＶＰＮは当業者には、電気通信サービスプロバイダが提供する、ネットワーク上で保証された帯域幅を割り当てられたプライベートネットワークとして理解されている。ＶＰＮ  ＤＥＮデータテーブル１５７２は、モジュール１５６２が、顧客が購入したＶＰＮ用により高いサービス品質を提供することを可能にする。ＳＬＡ優先度データテーブル１５７０のように、キューイング優先度をそのＶＰＮについて高くすることができる。例えば、プラチナレベルＶＰＮの最低レベルの優先度ＩＰフローのクラスに、真鍮レベル（brass level）ＶＰＮの高い優先度のＩＰフローのクラスよりち高い優先度を与えることができる。
【０４４５】  ＳＬＡ優先度データテーブル１５７０もＶＰＮ  ＤＥＮデータテーブル１５７２もＯＡＭ＆Ｐ（動作、管理、保守および条件設定）モジュール１１０８から入力を受けることができる。これはオフラインに保たれているモジュールであり、新しい顧客に関する管理情報の保存と改訂、または既存の顧客に関する情報の更新を含む。ＯＡＭ＆Ｐは、例えば顧客のＳＬＡ優先度とＶＰＮ情報を更新する。
【０４４６】  階層的クラスに基づいた優先度モジュール１５７４は階層的クラスに基づいたキューイングの原則に従って動作する。階層的クラスに基づいたキューイングはSally FloydとVan Jacobsonにより作成され、初期のインターネットのアーキテクチャと考えられている。
【０４４７】  階層的クラスに基づいたキューイングは、ツリー構造を使用してエッジアクセス装置ルータ（edge access device router）で異なったタイプのＩＰフローをクラス分けする。ツリーの各枝はそれぞれのクラスのＩＰフローを意味し、各クラスには制限された量の帯域幅が専用に割り当てられている。このようにして、一つのクラスの中の一つのＩＰデータフローが、またはＩＰフローの中の一つのクラスが、使用可能な帯域幅をすべて使い切ってしまうことのないように、それぞれのクラスのフローに最低の帯域幅が保証される。本発明は、図１３と１４で既に説明したように、階層的クラスキューの概念を使用して行うクラスに基づいた優先度予約を可能にする優先度付け機能を追加している。
【０４４８】  ＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６は、クラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆに入ったパケットを取り出し、優先度１５７０、１５７２、１５７４に基づいてフレームスロット予約を行い、可変数個のサブフレーム１５６８ａ−１５６ｋを満たしていくことができるプロセッサモジュールである。一つの実施例では、各フレームは、優先度１５７０、１５７２、１５７４に応じて、各クラス１５６４ａ−１５６４ｆからの定められた数のパケットでスケジューリングされる（満たされる）。別の実施例では、サブフレームは等時予約のために、図１３、１５で説明した本発明の事前予約アルゴリズム方法でスケジューリングされる。さらに別の実施例では、サブフレームは既知の方法と本発明の事前予約アルゴリズム方法の組み合わせに従ってスケジューリングされる。
【０４４９】  サブフレームは次にＷＡＰアンテナ２９０ｄに送信され、加入者ＣＰＥ局２９４ｄに接続したＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄに無線媒体を介して無線送信することができる。加入者ＣＰＥ局２９４ｄは次にサブフレームに入っているパケットをＣＰＥ加入者の場所３０６ｄの加入者局１２０ｄに送信することができる。優先度が最大のものから最低のものまでサブフレームはスケジューリングすることができる
【０４５０】  階層的クラスに基づいた優先度（ＨＣＢＰ）プロセッサモジュール１５７４はＷＡＰアンテナ２９０ｄから送信されたスケジューリングされたサブフレームを入力として受信する。パケットのステータスのアウェアネス（awareness）を保守しながら（どのパケットが送信されたかを知ることにより）、ＨＣＢＰプロセッサモジュール１５７４はどのクラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆからのキューがまだスケジューリングする必要があるかを知る。
【０４５１】  パケットは時折、例えばノイズのために喪失することがある。パケットの損失が発生すると、加入者ＣＰＥ局２９４ｄは再送要求１５７６をＷＡＰ２９０ｄに送信し、ＷＡＰ２９０ｄはこの要求をリンク層肯定応答（ＡＲＱ）プロセッサ１５７８に送信する。ＡＲＱプロセッサ１５７８はＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６にこの状態を通知し、ＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６は所定のクラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆから要求されたパケットを再びスケジューリングして再送する。リンク層肯定応答（ＡＲＱ）プロセッサ１５７８はまた、加入者ＣＰＥ局２９４ｄから肯定応答を待って、データパケットた正常に受信されたか判断する。受信肯定応答を受信して初めてＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６はクラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆからパケットを削除する。
【０４５２】  各加入者ＣＰＥ局２９４ｄでは、ＩＰフローで受信されたデータパケットに使用可能なメモリの量は制限がある。例えば、加入者ＣＰＥ局２９４ｄに接続した装置（例えばワークステーション１２０ｄ）は、ＣＰＥ加入者局２９４ｄのＣＰＥデータパケットキューが急速に満杯になると、ＩＰデータフローの受信を停止する（例えば加入者ワークステーション１２０ｄがダウンする）。このシナリオでは、加入者ＣＰＥ局２９４ｄは、キューが満杯になったことを示すＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度メッセージ１５８０を送信する。ＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度ステータスプロセッサ１５８２は送信されたＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度メッセージ１５８０を受信することができる。ＣＰＥ  ＩＰフロー深度プロセッサ１５８２はＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６にこの状態を通知すると、ＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６は、加入者ＣＰＥ局２９４ｄに向けたダウンリンクサブフレームのスケジューリングを停止する。プロセッサ１５８２はまた、ＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６にメッセージを送信してクラスキュー１５６４ａ−１５６４ｆからの特定のＩＰフローをクリアすることもできる。
ｈ．アップリンクサブフレームの優先度付け
１．概要
【０４５３】  図１６Ａと１６Ｂはアップリンク用の代表的な論理フロー図である。論理フローは、送信先ホストワークステーション１３６ａへの送信用の、無線基地局３０２までの無線媒体、そしてデータネットワーク１４２に送信される、加入者ＣＰＥ局２９４ｄに接続した加入者ワークステーション１２０ｄからのＩＰパケットフローへの共有無線帯域幅の分析と、スケジューリングに関する。図１６ＡはアップリンクＩＰフローアナライザ６３２の代表的な論理フロー図６００である。図１６Ｂはアップリンクフロースケジューラ６３４の代表的な論理フロー図１６６０である。
図１６Ａ、１６Ｂの機能的構成要素について方法モジュールにより説明する。方法モジュールは物理ユニット（構成するソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせ）または論理手段（説明する目的のみに使用）と考えることができる。当業者には、それらのモジュールは本実施例を説明する目的のみのために使用するものであり、限定するものではないことは自明である。
【０４５４】  図１６ＡのアップリンクＩＰフローアナライザ６３２に関する代表的な論理フロー図１６００は、パケットヘッダ識別部１６０２、パケット特徴付け部１６０４、パケットクラス分け部１６０６、ＩＰフロープレゼンテーション部１６０８を含む。各部の機能の詳細について説明する。
【０４５５】  一つの実施例では、アップリンクＩＰフローアナライザ６３２は無線基地局３０２の場所に物理的に位置しているが、当業者には、無線基地局３０２から離れた場所に同じ機能を配置することが可能であることは自明である。本発明の好ましい実施例では、ＩＰフローアナライザ６３２の機能は、パケット／ＩＰフローを基地局３０２までアップリンクするためにアップリンク予約スロットを希望する加入者ＣＰＥ局２９４ｄで実行する。ＩＰフロー識別子、パケットの数、ＩＰフローのクラス分けを詳述した予約要求ブロック（ＲＲＢ）要求をＩＰフローアナライザ６３２により生成し、アップリンクフレームスケジューラ６３４により、好ましくは競合ＲＲＢスロットを介して無線基地局３０２の未来アップリンクサブフレームスロットにスケジューリングすることができる。
【０４５６】  図２Ｄ、３Ａ、３ＢはアップリンクＩＰフローアナライザを理解するために役立つ。
２．導入
【０４５７】  ＩＰフローアナライザ６３２は、アップリンクフレームスケジューラ６３４へのデータパケットの識別、特徴付け、クラス分け、提示（プレゼンテーション）を実行する。データパケットを識別、特徴付け、クラス分け、提示する機能は、それぞれアップリンクＩＰフローアナライザ６３２のパケットヘッダ識別部１６０２、パケット特徴付け部１６０４、パケットクラス分け部１６０６、ＩＰフロープレゼンテーション部１６０８により実行される。
【０４５８】  パケットヘッダ識別部１６０２は着信ＩＰフローのパケットがシステムにとって既知なＩＰフローの一部であるか（すなわち既存のＩＰフロー）、または新しいＩＰデータフローの最初のデータパケットであるかどうか、および送信元アプリケーションをパケットヘッダ部のフィールドに基づいて判断する。パケットヘッダ識別部１６０２はまた、ヘッダの内容をバッファし、抽出し、解析することもできる。パケット特徴付け部１６０４は新しいデータパケット（または新しいデータフロー）を特徴付け、そのＩＰデータフローに関するＱｏＳ要件を送信元アプリケーションに基づいて判断し、そのＩＰデータフローを受信する加入者ワークステーションを識別する。パケットクラス分け部１６０６は新しいＩＰデータフローを複数の優先度クラスにクラス分けする。クラス分け部１６０６はパケットを類似のタイプのＩＰフロー同士でグループ分けすることもできる。ＩＰデータフロープレゼンテーション１６０８は新しいＩＰデータフローを初期化してアップリンクフロースケジューラ６３４に提示する。
【０４５９】  加入者ＣＰＥ局２９４ｄは無線基地局３０２とアップリンク方向に通信を試みる、とその都度、ＲＲＢをアップリンクサブフレームに挿入して予約を要求する。次にアップリンクフロースケジューラ６３４は予約要求を未来アップリンクサブフレームにスケジューリングし、ＣＰＥ局２９４ｄに予約を通知する。好ましくは無線基地局３０２に位置するアップリンクフロースケジューラ６３４はダウンリンク信号で、要求している加入者ＣＰＥ局２９４ｄについて特定の未来フレームの予約スロットを送信し、そのアップリンクデータを送信する。アップリンクフロースケジューラ６３４はダウンリンクフロースケジューラ６０４がダウンリンクで使用する場合と同じパラメータに基づいて予約を割り当てる。言い換えると、アップリンクフロースケジューラ６３４はキュークラス優先度と一連の規約に基づいて予約スロットを判断し、事前予約アルゴリズムなどを使用して、加入者ＣＰＥ局２９４ｄからのアップリンク送信用予約をスケジューリングする。規約は、階層的クラスに基づいた優先度プロセッサモジュール１６７４、VPN（virtual private network） DEN（directory enabled）データテーブル１６７２、サービスレベル契約（ＳＬＡ）優先度データテーブル１６７０からのアップリンクフロースケジューラへの入力に基づいて決定される。事前予約アルゴリズムについては図１４を参照して説明した。
３．識別
【０４６０】  パケットヘッダ識別部１６０２は、パケットのヘッダコンテンツに基づいて加入者ＣＰＥ局２９４ｄから受信したＩＰフローを識別する。
【０４６１】  様々なＩＰフローからのパケットからなるパケットのストリーム（各ＩＰフローは一つの「呼」と関連している）は、パケットヘッダ識別部１６０２で受信される。一つの実施例では、ＩＰフローはデータネットワーク１４２により無線基地局３０２に接続したホストコンピュータ１３６ａにアップリンクするために一つ以上の加入者ワークステーション１２０ｄから加入者ＣＰＥ局２９４ｄに送信される。加入者ＣＰＥ局２９４ｄはＩＰフローのデータパケットをパケットヘッダ識別部１６０２のパケットバッファモジュール１６１０に送信することができる。一つの実施例では、パケットヘッダ識別部はＣＰＥ加入者基地局２９４ｄ内にある。モジュール１６１０で、受信されたパケットはヘッダ抽出モジュール１６２０に転送するために保存エリアにバッファされる。モジュール１６２０でパケットヘッダファイルは抽出され、解析され、パケットヘッダフィールドの内容が得られる。
【０４６２】  関連するフィールドある場合は、例えば送信元、送信先、サービスタイプ（ＴＯＳ）、差別化サービス（ＤｉｆｆＳｅｒｖ）マーキングなどを含むことができる。
【０４６３】  システムに既知のＩＰフローの場合、既存のＩＰフロー識別テーブル１６２６にエントリがある。既存のＩＰデータ呼のＩＰフローで前のパケットが既に識別されている場合、ＩＰフローはシステムにある。モジュール１６２２では、着信ＩＰフローと、テーブル１６２６のエントリの間でマッチするかどうか判断される。マッチすると判断された場合、そのＩＰフローはシステムにとって既知であるので、パケット特徴付け部１６０４のモジュール１６３０に送られる。
【０４６４】  ＩＰフローがシステムに既知なフローでない場合、ＩＰフローは新しいＩＰデータフローであるので、モジュール１６２４に送られ、パケットヘッダフィールドが分析され、ＩＰフローの送信元アプリケーションが識別される。
【０４６５】  パケットヘッダ分析モジュール１６２４は、送信元アプリケーションのヘッダテーブル１６２８から、そのデータ呼を作成している送信元アプリケーションのタイプを判断する。アプリケーションは図２Ｄに記載のタイプのアプリケーション、または当業者に既知のものであってよい。例として、他のクライアントワークステーション１３８ｆからダウンロードされたＦＴＰ（file transfer protocol）、発呼者１２４ｄ（モデムを介して接続）からの音声電話呼、ファクス呼、複数の発呼者１２４ｄ、１２６ｄ（モデムを介して接続）からの会議呼などがあげられる。ＩＰフローが新しいＩＰフローの場合、その新しいＩＰフローの識別情報がテーブル１６２６に加えられ、分析モジュール１６２４からパケット特徴付け部１６０４のモジュール１６３２に進む。
４．特徴付け
【０４６６】  パケット特徴付け部１６０４は新しいＩＰフローを特徴付けてから、クラス分けのためにパケットクラス分け部１６０６に送る。
【０４６７】  ＩＰフローが既存のＩＰフローの場合、パケットヘッダ識別部１６０２のモジュール１６２２からモジュール１６３０に進む。モジュール１６２２でＩＰデータフローがシステムに既知のものと判断された場合は、モジュール１６３０でパケットが古すぎるか判断される。これは、例えば有効期限（time to live）パケットヘッダフィールド（ＩＰパケットヘッダのフィールド）からパケットの存在時間を判断し、フィールドをしきい値生存時間値と比較することで行うことができる。パケットが古すぎると判断された場合は破棄することができる。モジュール１６３０はアプリケーションパケットの破棄を予想することができる。モジュール１６３０からパケットクラス分け部１６０６のモジュール１６４０に進む。
【０４６８】  新しいＩＰフローの場合は、パケットヘッダ識別部１６０２のモジュール１６２４からモジュール１６３２に進む。モジュール１６２４でＩＰフローアプリケーションに関連するアプリケーションがシステムに既知でないと判断された場合、ＩＰフローＱｏＳ要件参照モジュール１６３２で、そのＩＰフローに関連するアプリケーションのＱｏＳ要件が判断される。モジュール１６３２は、ＩＰフローＱｏＳ要件テーブル１６３４を参照してこの動作を実行する。異なったアプリケーションは異なったＱｏＳ要件を有している。例えば、ＦＴＰファイルトランスファダウンロードを実行するアプリケーションには帯域幅割り当て（すなわち、適当な量の帯域幅を割り当てること）は重要であるが、ジッター（受信したデータの時間同期）、待ち時間（応答間の経過時間）は重要ではない。これとは反対に、音声電話や会議呼ではジッターや待ち時間は重要であるが、帯域幅割り当ては重要ではない。
【０４６９】  モジュール１６３２による処理の後、モジュール１６３６に進む。ＣＰＥ加入者局識別子（ＩＤ）参照モジュール１６３６では、その新しいＩＰデータフローについてＣＰＥ ＩＤの参照を実行する。各加入者ＣＰＥ局２９４ｄは、そこをホームとする一つ以上の加入者ワークステーション１２０ｄで作動する一つ以上のアプリケーションを有することができる。したがって、一以上の加入者が、加入者ＣＰＥ局２９４ｄからＩＰフローを、または加入者ＣＰＥ局２９４ｄでＩＰフローを生成または受信することができる。加入者ワークステーション１２０ｄは加入者ＣＰＥ局２９４ｄに接続した装置であってよい。モジュール１６３６は、ＩＰフローのＣＰＥ局識別子をテーブル１６３８で参照し、予約要求ブロック（ＲＲＢ）にＣＰＥ ＩＤを提供する。モジュール１６３６からパケットクラス分け部１６０６のモジュール１６４２に進む。
５．クラス分け
【０４７０】  パケットクラス分け部１６０６はＩＰフローをクラス分けして、提示するためにＩＰフロープレゼンテーション部１６０８に送る。
【０４７１】  既存のＩＰフローの場合、パケット特徴付け部１６０４のモジュール１６３０からモジュール１６４０に進む。モジュール１６３０でパケットが古すぎていないと判断されると、モジュール１６４０でパケットは既存のＩＰフローと関連付けられる。図１６Ａに図示されたように、ここで処理されたパケットはシステムに既知のＩＰフローの一部と判断される。したがって、このパケットのＱｏＳ要件はそのＩＰフローと同じと見なされるため、モジュール１６３２、１６３６、１６４２のＱｏＳ処理は不要となる。
【０４７２】  新しいＩＰフローの場合、パケット特徴付け部１６０４のモジュール１６３６からモジュール１６４２に進む。モジュール１６４２でパケットは、パケットのＱｏＳ要件に応じて、ＱｏＳクラスが保存されているＩＰフローＱｏＳ要件テーブル１６４４のテーブルを参照してＱｏＳクラスにクラス分けされる。モジュール１６４２から、ＩＰフロープレゼンテーション部１６０８のモジュール１６４８に進む。
６．ＩＰフロープレゼンテーション
【０４７３】  ＩＰフロープレゼンテーション部１６０８はＩＰデータフローパケットを作成してフロースケジューラ６０４に提示する。アップリンク方向の実施例では、予約要求ブロック（ＲＲＢ）が生成され、接続スロットを介して無線基地局３０２にアップリンクされＩＰフロースケジューラ６３４によりスケジューリングされる。別の実施例では、予約要求が不要になるように、スケジューラはＣＰＥ局２９４ｄに位置する。
【０４７４】  既存のＩＰフローの場合は、パケットクラス分け部１６４０のモジュール１６４０からモジュール１６４６に進む。モジュール１６４６で、パケットはＩＰフローキュー、すなわち現在の既存のＩＰフローのキューに加えられる。一つの実施例では、これはＲＲＢを含むことができる。モジュール１６４６からアップリンクフロースケジューラ６３４のモジュール１６６２に進む。一つの実施例で、これはＣＰＥ２９４ｄから無線基地局３０２へのＲＲＢのアップリンクを含むことができる。
【０４７５】  新しいＩＰフローの場合、パケットクラス分け部１６０６のモジュール１６４２からモジュール１６４８に進む。ＩＰフロー初期化モジュール１６４８で、この新しいＩＰフローはモジュール１６５２に提示するために初期化される。モジュール１６５２はＩＰデータフロー（特に予約要求ブロックデータパケット）をアップリンクフロースケジューラ６３４のモジュール１６６２に提示する。モジュール１６５０で、好ましくはＲＲＢも含む、ＩＰフローのＱｏＳクラスはスケジューラ６３４に提示される。
７．アップリンクフロースケジューラ
【０４７６】  図１６Ｂのアップリンクフロースケジューラ６３４の代表的な論理フロー図１６６０は、ＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサモジュール１６６２、ＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラモジュール１６６６、階層的クラスに基づいた優先度モジュール１６７４、VPN DENデータテーブルモジュール１６７２、ＳＬＡ優先度データテーブル１６７０、ＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度ステータスプロセッサ１６８２、リンク層肯定応答プロセッサモジュール１６７８を含んでいる。
【０４７７】  図１６Ｂのアップリンクフロースケジューラ６３４はまた、クラス１、１６６４ａ；クラス２、１６６４ｂ；クラス３、１６６４ｃ；クラス４、１６６４ｄ；クラス５、１６６４ｅ；クラス６、１６６４ｆのＱｏＳクラスキューと、フレームｎ、１６５８ａ；フレームｎ＋１、１６５８ｂ；フレームｎ＋２、１６５８ｃ；フレームｎ＋３、１６５８ｄ；．．．フレームｎ＋ｐ、１６５８ｋの
ＭＡＣアップリンクサブフレームを含む。
【０４７８】  一つの実施例では、アップリンクフロースケジューラ６３４は物理的に無線基地局３０２の場所に位置しているが、同じ機能を無線基地局３０２から遠隔の場所に設けることが可能であることは当業者には自明である。例えば、他の実施例では、アップリンクフロースケジューラ６３４をＣＰＥ局２９４ｄの場所に配置して他のＣＰＥ局２９４と無線基地局３０２と通信させることもできる。
【０４７９】  アップリンクフロースケジューラ６３４を使用してアップリンクサブフレームをスケジューリングすることができる。一つのフレーム全体を、アップリンクフレームを送信するアップリンク部（「アップリンクサブフレーム」という）と、ダウンリンクフレームを送信するダウンリンク部（「ダウンリンクサブフレーム」という）に分割することができる。
【０４８０】  図１６Ｂにはまた、ＷＡＰアンテナ２９０ｄ、無線媒体、ＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄ、加入者ＣＰＥ局２９４ｄ、加入者ワークステーション１２０ｄが示されている。ＷＡＰ２９０ｄとＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄはそれぞれ無線基地局３０２（一つの実施例ではアップリンクフロースケジューラ６３４が位置する場所）と加入者ＣＰＥ局２９４ｄ（ＩＰフローを加入者ワークステーション１２０ｄが作動しているアプリケーションにアップストリーム送信することができる）の間の無線接続を提供する。ＷＡＰ２９０ｄはデータネットワーク１４２の無線ゲートウェイとして動作し、ＲＦトランシーバ加入者アンテナ２９２ｄは加入者ＣＰＥ局２９４ｄの無線ゲートウェイとして動作して、ＩＰフローパケットデータをアップリンクする。
【０４８１】  図１６Ｂに、アップリンクされたＩＰフローパケットをデータネットワーク１４２のデータルータ１４０ｄ上と送信先ホストコンピュータ１３６ａに送信するための、アップリンクフロースケジューラ６３４からの接続を提供するデータインタフェース３２０が示されている。これらの接続はまた、図２Ｄと３Ｂにも示されている。
【０４８２】  前のフレームは、無線局により受信された加入者ＣＰＥ局２９４ｄからのアップリンク要約要求を含む。この時点で、好ましくはＣＰＥ局２９４側で、予約要求ブロックは識別され、特徴付けられ、クラス分けされ、提示されており、ＣＰＥ２９４ｄでアップリンクフローアナライザ６３２からアップリンクフロースケジューラ６３４に送信されている。特に予約要求ブロックはＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサモジュール１６６２にモジュール１６５０から提示される。モジュール１６６２はＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６に予約を通知する。
【０４８３】  反対に、ＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６はサブフレームのスロットを使用してＡＲＢ（肯定応答要求ブロック）と呼ばれる要求受信の肯定応答をする。この予約のためにフレーム、スロット、ＩＰフロー識別子を伝送するために使用する代表的なスロットについては図１２を参照して説明した。スケジューラ１６６６はこの予約スロットでＣＰＥ識別データを送信する。これに従って、要求している加入者ＣＰＥ局２９４ｄは要求されたデータパケットＩＰフロー送信のために未来スロットとフレームを使用することができる。
【０４８４】  未来フレームの未来スロットは、例えば階層的クラスに基づいた優先度モジュール１６７４、VPN DENデータテーブルモジュール１６７２、ＳＬＡ（サービスレベル契約）優先度データテーブル１６７０からの入力に基づいて割り当てられる。これらの構成要素の機能は、ダウンリンクフロースケジューラ６０４で説明した階層的クラスに基づいた優先度モジュール１５７４、VPN DENデータテーブルモジュール１５７２、ＳＬＡ優先度データテーブル１５７０と同様である。
【０４８５】  ＩＰフローＱｏＳクラスキューイングプロセッサモジュール１６６２はＩＰフロープレゼンテーションモジュール１６０８から既存のＩＰまたは新しいＩＰのパケットを受信すると、可変数の数のキューからなる、クラスキュー１６６４ａ−１６６４ｆを生成し、パケットをこれらのクラスキューに配置する。好ましい実施例では、クラスの数は３から１０の間がよい。これらのキューはスケジューリング用の予約要求パケットを保持する。モジュール１６６２への入力用の予約要求ブロックの内容に応じて、パケットはクラスキュー１６６４ａ−１６６４ｆに配置される。
【０４８６】  モジュール１６６２は階層的クラスに基づいた優先度モジュール１６７４、VPN DENデータテーブルモジュール１６７２、ＳＬＡ（サービスレベル契約）優先度データテーブル１６７０から入力を受ける。モジュール１６６２のキューイング機能はそれらからの入力基づいて実行される。これらの構成要素の機能は、ダウンリンクフロースケジューリング方法の対応する構成要素のものと類似している。ＳＬＡ優先度テーブル１６７０とＶＰＮ  ＤＥＮデータテーブル１６７２はＯＡＭ＆Ｐ（動作、管理、保守および条件設定）モジュール１１０８から入力を受けることができる。ＯＡＭ＆Ｐモジュール１１０８は、例えば加入者がそのサービスレベル契約を修正したり、またはＶＰＮ加入者が変更した場合などに、優先度を更新する。
【０４８７】  ＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６は、クラスキュー１６６４ａ−１６６４ｆに入った要求を取り出し、可変数の数のフレーム１６６８ａ−１６６ｋのスロットの予約をスケジューリングする。一つの実施例では、各フレームはクラス１６６４ａ−１６６４ｆの各クラスからの定められた数のパケットでスケジューリングされる（満たされる）。要求は図１３に示すように、特定の優先度を考慮してスケジューリングすることができる。別の実施例では、図１４で説明した等時タイプのトラフィックをスケジューリングする本発明の事前予約アルゴリズム方法でスケジューリングされる。さらに別の実施例では、フレームは既知の方法と本発明の事前予約アルゴリズム方法の組み合わせに従ってスケジューリングされる。
【０４８８】  次に予約スロットのスケジュールを、例えば図１２Ｆの１２３６ｇと１２３６ｈなどのＦＤＢスロットを使用してＣＰＥ局２９４に送信することができる。アップリンクスロットはスケジューリングされたように、ＣＰＥ局２９４ｄによりアップリンクサブフレームに挿入される。フレームスロットはＣＰＥ局２９４ｄから無線基地局３０２に送信され、パケットとして送信先アドレスに送信される。例えば、無線基地局３０２からパケットはデータネットワーク１４２を介してホストコンピュータ１３６ａに送信することができる。
【０４８９】  無線基地局３０２はアップリンクパケットを受信すると、無線基地局３０２はアップストリーム肯定応答データブロック（ＵＡＢ）メッセージを送信元加入者ＣＰＥ局２９４ｄに返送し、送信されたデータパケットの受信を肯定応答する。
【０４９０】  パケットは時折、無線媒体のノイズや障害のために喪失することがある。パケットの損失が発生すると、加入者ＣＰＥ局２９４ｄはＵＡＢデータ肯定応答を受信していないか判断し、受信していないと判断した場合は、他のアップリンク予約スロットを要求する再送要求をＷＡＰ２９０ｄを介して無線基地局３０２に送信し、リンク層肯定応答（ＡＲＱ）プロセッサ１６７８へ要求を送信する。ＡＲＱプロセッサ１６７８はＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６に再送の必要（アップリンクパケットを再送するためのフレームスロットの予約の必要）を通知する。ＣＰＥ加入者局２９４ｄはまたＡＲＱプロセッサ１６７８に、アップリンク送信肯定応答を受信していないというその他のデータメッセージも送信することができる。ＡＲＱ１６７８はそのようなメッセージをアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６に転送することができる。アップリンクサブフレームスケジューラ１６６６は、要求されたアップリンク予約を適当なクラスキュー１６６４ａ−１６６４ｆから再びスケジュールする。あるいは、他の実施例では、リンク層肯定応答プロセッサ１６７８はＵＡＢ肯定応答を加入者ＣＰＥ局２９４ｄに送信して、データパケットが正常に受信されたことを示すことができる。このためアップリンクスケジューラ１６６６は一回目（初回）の予約をスケジューリングすることに加えて、損失パケットのために再予約をスケジューリングすることができる。
【０４９１】  各加入者ＣＰＥ局２９４ｄは、ＣＰＥ２９４ｄから無線基地局３０２へのアップリンクの予約スロットを待っている、加入者ワークステーション１２０ｄから受信したパケットをキューイングするために、制限された量の使用可能なメモリ空間を有している。例えば、加入者ＣＰＥ局２９４ｄのキューがアップストリーム予約を待っているパケットのバックアップで満杯になると、ＩＰデータフローが喪失したり、パケットが古くなることがある。このシナリオでは、加入者ＣＰＥ局２９４ｄは、キューが満杯になったことを示すＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度メッセージ１６８０を無線基地局３０２に送信する。ＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度メッセージ１６８０はＣＰＥ  ＩＰフローキュー深度ステータスプロセッサ１６８２により受信することができる。プロセッサ１６８２はＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６にこの状態を通知することができる。ＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６は、キュー深度バックログ（backlog）が許容されるレベルに減少するまで、一時的に加入者ＣＰＥ局２９４ｄでＩＰフローの優先度を高くしてバックログを解消し、追加のダウンリンクパケットをＣＰＥ局２９４に送信することを停止することができる。プロセッサ１６８２はまた、メッセージをＭＡＣアップリンクサブフレームスケジューラ１６６６にメッセージを送信して、クラスキュー１６６４ａ−１６６４ｆの加入者ＣＰＥ局２９４ｄからの予約要求をクリアすることもできる。
４．ＴＣＰ補助エージェント
ＴＣＰは、輻輳がパケット損失の第一の原因となる、従来のネットワークに適した、信頼性のあるトランスポートプロトコルである。しかしながら、無線リンクが組み込まれたネットワークでは、ビットエラーにより重大な損失が発生する。無線環境はＴＣＰが依存する多くの前提条件に違反するため、エンドツーエンド性能の劣化の原因となる。例えば、Balakrishman、 H.., Seshan, S. and Katz, R. H.,「 Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks」, University of California at Barkeley, Berkeley, CA, インターネットでは以下のアドレスでアクセス可能：
http://www. cs. berkeley. edu/-ss/papers/winet/html/winet. html
は、狭帯域無線環境のハンドオフとビットエラーレートについて扱っており、本書も参考にしている。この問題に対処することはＴＣＰを修正することになる。しかしながら、この課題を克服することは商業的に簡単なことではない。ＴＣＰの標準動作の変更を必要とする解決策は実用的でない。
【０４９２】  本発明は、ＴＣＰ補助エージェントとインタフェースをとる拡張ＭＡＣ層を使用して、ＴＣＰ層の要求を遮断し、送信の送信元または送信先でＴＣＰ層を操作し、ＴＣＰ動作を、中間に無線リンクを含むＴＣＰ／ＩＰ送信の送信元または送信先で修正する。パケットは、受信肯定応答を待っている無線基地局でキューイングすることができ、基地局は無線リンクを介してローカルに再送を実行することにより高いビットエラーレートによるパケット損失の問題を克服することができる。無線リンクを介した通信の特徴として帯域幅の制限、大きな待ち時間（ラテンシー）、散発的に発生する高いビットエラーレート、一時的な断線があげられるが、これらの問題はネットワークプロトコルとアプリケーションで対処する必要がある。
【０４９３】  ＴＣＰなどの信頼性のあるトランスポートプロトコルは、従来の優先ネットワークに適したものである。ＴＣＰはエンドツーエンドの遅延と輻輳によるパケット損失に対応しており、そのようなネットワークでとてもよい性能を発揮している。ＴＣＰは、推定されるＲＴＴ（応答時間）の動作平均と平均的逸脱を保守し、平均的な逸脱である４回以内に肯定応答を受信していないパケットは再送することにより、信頼性を提供している。有線ネットワークは相対的にビットエラーレートが低いため、パケット損失はすべて輻輳によるものとみなされる。
【０４９４】  無線環境ではビットエラーレートが高くなるが、ＴＣＰはパケット損失に対して有線環境と同様に反応する。すなわち、パケットを再送する前に送信ウィンドウのサイズを下げ、輻輳制御メカニズムまたは輻輳回避メカニズム（スロースタート）を開始し、再送タイマーをリセットする。これらの方法は、リンク帯域幅の利用率を不必要に低下させるため、スループット性能を大幅に劣化させ、インタラクティブ遅延が著しくなる。
【０４９５】  本発明は、加入者ＣＰＥ局からの受信の肯定応答を待ってクラスキューに待機しているパケットを保守する。肯定応答のないデータスロットは、無線基地局に加入者ＣＰＥ局にローカルな再送を実行させることにより再送させることができる。パケット損失を識別する肯定応答のコピーを使用して、損失が検出されたら直ちにローカルで再送を実行することにより、無線基地局は送信者を、無線リンクに固有の高いビットエラーレートから守ることができる。特に、通信途中に、通信品質がとても低かったり、一時的に断線が起こるような状況があったとしても、そのような状況を送信者から隠すことができる。
【０４９６】  ＣＰＥ加入者ホストから無線基地局ホストへのデータ伝送で、損失パケットは無線基地局で検出し、それらのパケットについて損失の肯定応答を生成することができる。損失の肯定応答はＣＰＥ加入者ホスト（送信者）にパケットの再送を要求することができる。ＣＰＥ加入者ホストは損失の肯定応答を処理して、該当する損失パケットを再送することができる。本発明はＴＣＰ感知型機能をＭＡＣ層に配置することにより、送信側ＴＣＰまたは受信側ＴＣＰへの修正を不要にしたことに長所がある。
【０４９７】  図５Ａは、加入者ホストの送信側ＴＣＰから、ダウン側のＣＰＥ加入者局を介した送信用プロトコルスタック、無線基地局への無線媒体を介して、アップ側の、例えばＴＣＰ補助エージェントを有した無線基地局のプロトコルスタックを介して、有線接続とプロトコルスタックを介した送信先ホストに至るフロー５００を示している。補助ＴＰＣＰエージェントはＴＣＰスライディングウィンドウアルゴリズムを修正し、送信側ＴＣＰでＰＲＩＭＭＡ(Proactive Reservation-based Intelligent Multimedia-aware Media Access) ＭＡＣ（媒体アクセス制御）と連携させて本発明に従った無線媒体を介したローカルな再送を可能にする。
【０４９８】  特にフロー５００は、加入者ワークステーション１２０ｄからＣＰＥ加入者の場所３０６ｄのＣＰＥ加入者局２９４ｄを介し、次に無線送信媒体を介して無線基地局３０２、場合によっては有線リンク、データネットワーク１４２を介したホストワークステーション１３６へのＩＰパケットフローを示している。
【０４９９】  ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅは、送信側ＴＣＰのＴＣＰスライディングウィンドウアルゴリズムの動作を修正して無線媒体用のウィンドウを最適化することによりトランスポート（伝送）の信頼性を確実にしている。ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅは工業規格プロトコルに対して透過性があり、エージェント５１０ｅはクライアント加入者ワークステーション１２０ｄまたはホストワークステーション１３６ａの標準ＴＣＰ／ＵＤＰ層の修正を必要としないという長所を持つ。
【０５００】  フロー５００は、アプリケーション層５１２ａからダウン方向へ、ＴＣＰ／ＵＤＰ層５１０ａ、ＩＰ層５０８ａ、ポイントツーポイント（ＰＰＰ）層５２０ａ、データリンクイーサネット層５０４ａ、１０ベースＴイーサネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）物理層５０２ａのプロトコルスタック、加入者ＣＰＥ２９４ｄの１０ベースＴイーサネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）物理層５０２ｂに接続した有線接続を介したＩＰフローを含む。
【０５０１】  加入者ＣＰＥ２９４ｄはＮＩＣ５０２ｂから着信したパケットをそのプロトコルスタックをアップ方向に、イーサネット層５０４ｂ、ＰＰＰ層５２０ｂ、５２０ｃと送り、次にダウン方向にＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｃを介してアンテナ２９２ｄを含む無線物理層５０２ｃに送り、次に無線媒体を介して無線基地局３０２のアンテナ２９０ｄへ送る。
【０５０２】  無線基地局３０２は物理層５０２ｄでアンテナ２９０ｄから着信したパケットＩＰフローを、ＰＲＩＭＭＡ ＭＡＣ層５０４ｄ、ＰＰＰ層５２０ｄ、ＩＰ層５０８ｄを介してＴＣＰ補助エージェント５１０ｅにアップ方向に送る。ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅはＩＰフローをＩＰ層５０８ｅ、ＰＰＰ層５２０ｅ、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）層５０４ｅ、有線物理層５０２ｅ、インタフェース３２０、ルータ１４０ｄ、データネットワーク１４２，有線接続を介してＷＡＮホストワークステーション１３６ａの有線層５０２ｆへ送ることができる。
【０５０３】  ホストワークステーション１３６ａは、有線層５０２ｆからのＩＰフローをプロトコルスタックをアップ方向にＷＡＮ層５０４ｆ、ＰＰＰ層５２０ｆ、ＩＰ層５０８ｆ、ＴＣＰ／ＵＤＰ層５１０ｆ、アプリケーション層５１２ｆへと送る。
【０５０４】  ＴＣＰ／ＵＤＰ層５１０ａと５１０ｆは、例えばセグメント化、送信ウィンドウの管理、損失パケットフローの並び替え、要求、再送などのトランスポート（伝送）機能を提供する。
【０５０５】  ＴＣＰ層５１０ａ、５１０ｆは通常、パケットのウィンドウを送信してから、肯定応答または再送要求を待って待機する。ＴＣＰスライディングウィンドウアルゴリズムは通常、再送要求を受信して輻輳を検出した時に、送信フローを変更し、トランスポートを最適化してバックオフを行うために使用される。無線環境では残念ながらビットエラーレートが高いためにパケットの一部が送信元に到着しないことがある。輻輳のためではなく、ビットエラーレートが高いために、パケットの一部が送信先に到着しないことがあるため、送信先ＩＰホストから送信元へ再送要求を促す。ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅはトランスポートを遅くするのではなく、ＴＣＰスライディングウィンドウアルゴリズムの動作を修正して、無線を介した動作を最適化する。ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層５０４ｄはＴＣＰ補助エージェント５１０ｅと連携してエージェントが、例えば加入者ワークステーション１２０ｄのＴＣＰ層１５０ａからホスト１３６ａへの再送要求を遮断すると、再送要求をホスト１３６ａに転送するのではなく、要求されたパケットまたはフローを無線基地局が加入者ワークステーション１２０ｄに送信できるようにする。これは、加入者ＣＰＥから受信の肯定応答を受信するまで、パケットは破棄されずにまだＰＲＩＭＭＡ５０４ｄのキューに保存されているためである。本発明に従って、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣデータリンク層、すなわちレイヤ２で再送を実行することができるため、再送は、通信路全体を経て送信側ＴＣＰへ再送を要求して行う（ＴＣＰがスライディングウィンドウアルゴリズムをバックオフさせる原因となることもある）のではなく、基地局からＣＰＥ加入者の間で行うことができる。このため、無線リンクを介して受信の肯定応答を受信するまで、無線基地局３０２に再送させることにより、ＴＣＰウィンドウを最適に保ちながら高い固有のビットエラーレートの課題を克服することを可能にしている。
【０５０６】  既に説明したように、ＴＣＰ送信器は、パケットのＴＣＰスライディングウィンドウブロックを送信し、輻輳を検出するとウィンドウのサイズを変更する。ＴＣＰ送信器はパケットのブロックをウィンドウで伝送し、受信器から肯定応答を待つ。送信が円滑に行われると、すなわち輻輳またはパケット損失が発生しなければ、送信器ＴＣＰは送信速度を増加する。送信側ＴＣＰで輻輳またはパケットの損失が検出されるまで送信速度は継続して増加される。輻輳が通知されると、ＴＣＰは送信を停止し、バックオフして、パケットのブロックを小さくして（ウィンドウを小さくして）送信する。
【０５０７】  ＴＣＰ補助エージェントは、送信側ＴＣＰとその送信ウィンドウアルゴリズムを騙して通常のＴＣＰ動作を変更する。ＴＣＰ補助エージェントは、例えば、再送要求のコピーを防止して、送信器が受信側ＴＣＰから損失の通知を受けない、すなわち輻輳通知を受信しないようにする。送信側ＴＣＰはそのような通知を受信しないため、ＴＣＰスライディングウィンドウの変更を行わず、高い送信速度で送信を継続する。
【０５０８】  本当に輻輳が発生した場合、すなわちＴＣＰ補助エージェントが、パケットが本当に損失したことを認識すると、ＴＣＰ補助エージェントは再送要求をそのまま送信機側ＴＣＰに送信させることができる。本発明のＭＡＣリンク層は高いプロトコル層と通信しており、アプリケーション感知型、トランスポート感知型、ネットワーク感知型であるため、これは実行しやすい。この場合、ＭＡＣ層がトランスポート層感知型で、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層５０４ｄはレイヤ４のＴＣＰ補助エージェント５１０ｅと通信をする。ＭＡＣは、無線基地局３０２から送信された各パケットについて、ＣＰＥ加入者局２９４ｄに送信された無線送信の受信の肯定応答を要求するため、ＭＡＣ層５０４ｄはＴＣＰ層間通信、例えば無線送信で損失パケットが損失した、または本当の輻輳が発生したために生成された再送要求がＣＰＥ局のクライアントコンピュータＴＣＰから送信されたかどうかを感知している。
【０５０９】  ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｄが５０４ｃから肯定応答を受信しない場合、無線基地局３０２のＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｄは損失パケットの内容を加入者ＣＰＥ局２９４ｄに再送することができる。加入者ＣＰＥ基地局２９４ｄのＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｃが受信を肯定応答したのに、まだ再送を要求している場合は、本当の輻輳が発生する可能性がある。無線基地局３０２のＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｄはＴＣＰ補助エージェント５１０ｅに再送要求をホストワークステーション１３６ａの送信側ＴＣＰ５１０ｆに送信できるかどうか感知させることができる。
【０５１０】  こうして、本発明のＴＣＰ補助エージェント５１０ｅは、受信側ホストおよび送信側ホストで使用している市販のＴＣＰ層５１０ａ、５１０ｆに変更を必要とせずに、無線媒体に最適化するようにＴＣＰスライディングウィンドウアルゴリズムの動作を変更することができる。一つの実施例では、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅは送信側ホストでもクライアントでもＴＣＰ層への修正を不要にしている。別の実施例では、ホストとクライアントのＴＣＰ層はＴＣＰ補助エージェントによる動作の変更を感知しない、すなわち送信元と送信先のＴＣＰ層に透過的である。別の実施例では、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅは、加入者ＣＰＥ局に接続したクライアントコンピュータのＴＣＰ層とデータネットワークに接続したホストワークステーションのＴＣＰ層の間の再送要求を遮断する。
【０５１１】  図５Ｂは、発信ＴＣＰなりすまし機能を実行するＴＣＰ補助エージェント５１０ｅの代表的な機能を説明する機能フロー図５２２を示している。図５Ｂと５Ａに示されるように、図５２２は、送信側ホスト１３６ａのＴＣＰ層５１０ｆがパケットデータのウィンドウを加入者ワークステーション１２０ｄに送信し、肯定応答を待っているものとしている。図５２２は、加入者ワークステーション１２０ｄから加入者ＣＰＥ局２９４ｄを介して送信された発信ＴＣＰメッセージ５２４が無線基地局３０２のＴＣＰ補助エージェント５１０ｅで受信されたとしている。
【０５１２】  ステップ５２６で、発信ＴＣＰメッセージ５２４のＴＣＰヘッダ内容が解析され、加入者ワークステーション１２０ｄから無線ネットワークを介して送信側ホスト１３６ａに送信されたメッセージの内容が明らかになる。
【０５１３】  ステップ５２８で、ＴＣＰヘッダの内容にＣＰＥ局からの複製肯定応答メッセージ（肯定応答メッセージのコピー）が含まれているかどうか判断される。ＣＰＥ加入者の場所からの複製肯定応答要求（肯定応答要求のコピー）を受信した場合は、無線媒体のメッセージ損失、または本当の輻輳問題を意味することがありうる。ステップ５２８でＴＣＰパケットが肯定応答メッセージのコピー（複製肯定応答メッセージ）であると判断された場合は、ステップ５３２に進み、そうでない場合はステップ５３０に進む。
【０５１４】  ステップ５３０で、本当の輻輳が発生した、すなわち、無線リンク層の再送試行による複製肯定応答メッセージでないと判断される。このため、ステップ５３０で、ＴＣＰメッセージは修正せずにＴＣＰ補助５１０ｅを介して通過し、図５ＡのＴＣＰ層５１０ｆのフロー５００に続くことができる。
【０５１５】  ステップ５３２では、ステップ５２８で複製肯定応答と認められたため、パケットの送信が完了したかどうか判断される。ステップ５３２は、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅとＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層５０４ｄの間の相互通信により実行される。これは、図４の線４２８で示した、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣと高級レイヤプロトコルの間のインタラクティブな動作の一例である。図１５Ｂに示されるように、ＣＰＥ局２９４ｄからＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１５６６への、スケジューラ１５６６に未来フレーム１５６８の損失パケットを再送するように警告する再送要求１５７６はリンク層肯定応答（ＡＲＱ）プロセッサ１５７８で受信されるため、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層５０４ｄは無線基地局３０２からＣＰＥ局２９４へのパケットの送信が完了したかどうか識別することができる。ステップ５３２で、パケット送信が完了したと判断された場合、処理は上述のステップ５３０に続行される。しかしながら、パケット送信が完了していないと判断された場合は、処理はステップ５３４に進む。
【０５１６】  ステップ５３４で、パケット送信は完了していないため、パケットは無線媒体で喪失したと見なすことができるため、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅはＴＣＰメッセ−ジ５２４を破棄する。処理はステップ５３６に進む。
【０５１７】  ステップ５３６で、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅはＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｄから、リンク層による損失パケットの再送が完了しリンク層肯定応答プロセッサ１５７８に受信されたという通知を待つことができる。処理はステップ５３６からステップ５３８に進む。
【０５１８】  ステップ５３８で、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｄのリンク層による再送完了の肯定応答を受信し、通常のＴＣＰメッセージ処理を再開することができる。
【０５１９】  他のステップ（図示されていない）では、ＴＣＰ補助エージェントとＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層は再送試行の回数にしきい値の制限を設定し、しきい値に達したら、処理をステップ５３０に進めて、ＴＣＰメッセージを修正せずに通過させることができる。
【０５２０】  図５Ｃは、着信ＴＣＰなりすまし機能を実行するＴＣＰ補助エージェント５１０ｅの代表的な機能を説明する機能フロー図５４０を示している。図５Ｃと５Ａに示されるように、図５４０は、送信側加入者ワークステーション１２０ｄのＴＣＰ層５１０ａがパケットデータのウィンドウをホスト１３６ａに送信し、肯定応答を待っているものとしている。図５４４は、ホストワークステーション１３６ａからデータネットワーク１４２を介して送信された、無線媒体を介して加入者ＣＰＥ２９４ｄの加入者ワークステーション１２０ｄに送信された着信ＴＣＰメッセージ５２４が無線基地局３０２のＴＣＰ補助エージェント５１０ｅで受信されたとしている。
【０５２１】  ステップ５４４で、発信ＴＣＰメッセージ５２４のＴＣＰヘッダ内容が解析され、ホスト１３６ａから無線ネットワークを介して送信側加入者ワークステーション１２０ｄに送信されたメッセージの内容が明らかになる。
【０５２２】  ステップ５４６で、ＴＣＰヘッダの内容にホスト１３６ａからの複製肯定応答メッセージが含まれているかどうか判断される。ホストからの複製肯定応答要求を受信した場合は、無線媒体のメッセージ損失、または本当の輻輳問題を意味することがありうる。ステップ５４６でＴＣＰパケットが肯定応答メッセージのコピー（複製肯定応答メッセージ）であると判断された場合は、ステップ５５０に進み、そうでない場合はステップ５４８に進む。
【０５２３】  ステップ５４８で、本当の輻輳が発生した、すなわち、無線リンク層の再送試行による複製肯定応答メッセージでないと判断される。このため、ステップ５４８で、ＴＣＰメッセージは修正せずにＴＣＰ補助５１０ｅを介して通過し、図５ＡのＴＣＰ層５１０ａのフロー５００に続くことができる。
【０５２４】  ステップ５５０では、ステップ５４６で複製肯定応答と認められたため、パケットの送信が完了したかどうか判断することができる。ステップ５５０は、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅとＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層５０４ｄの間の相互通信により実行することができる。これは、図４の線４２８で示した、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣと高級レイヤプロトコルの間のインタラクティブな動作の一例である。図１６Ｂに示されるように、再送要求１６７６はＣＰＥ局２９４ｄからリンク層肯定応答（ＡＲＱ）プロセッサ１６７８で受信され、ＭＡＣダウンリンクサブフレームスケジューラ１６６６に、未来フレーム１５６８の損失パケットを再送するように警告するため、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層５０４ｄはＣＰＥ局２９４から無線基地局３０２へのパケットの送信が完了したかどうか識別することができる。ステップ５５０で、パケット送信が完了したと判断された場合、処理は上述のステップ５４８に続行される。しかしながら、パケット送信が完了していないと判断された場合は、処理はステップ５５２に進む。
【０５２５】  ステップ５５２で、パケット送信は完了していないため、パケットは無線媒体で喪失したと見なすことができるため、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅはＴＣＰメッセージ５２４を破棄する。処理はステップ５５４に進む。
【０５２６】  ステップ５５４で、ＴＣＰ補助エージェント５１０ｅはＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｄから、リンク層による損失パケットの再送が完了しリンク層肯定応答プロセッサ１５７８に受信されたという通知を待つことができる。処理はステップ５５４からステップ５５６に進む。
【０５２７】  ステップ５５６で、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ５０４ｄのリンク層による再送完了の肯定応答を受信し、通常のＴＣＰメッセージ処理を再開することができる。
【０５２８】  他のステップ（図示されていない）では、ＴＣＰ補助エージェントとＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層は再送試行の回数にしきい値の制限を設定し、しきい値に達したら、処理をステップ５４８に進めて、ＴＣＰメッセージを修正せずに通過させることができる。
５．無線ＱｏＳ感知型ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ（媒体アクセス制御）ハードウェアアーキテクチャ
【０５２９】  図１０はＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣバードウェアアーキテクチャ１０００を示す図である。アーキテクチャ１０００は、ＷＡＮインタフェース３２０との無線双方向接続により接続したデータネットワーク１４２を示している。
【０５３０】  ＷＡＮインタフェース３２０は、ＳＡＲ（segmentation and requencing）１００４とＱｏＳ／ＳＬＡルールエンジンおよびプロセッサ１００８と双方向に接続した双方向データフレームＦＩＦＯ１００２に双方向にリンクしている。
【０５３１】  ＱｏＳ／ＳＬＡルールエンジンおよびプロセッサ１００８はまた、ＩＰフローバッファ１０１４とフラッシュＲＡＭ（random access memory）１０１０とも双方向に接続している。
【０５３２】  ＳＡＲ１００４はＩＰフローバッファ１０１４、フラッシュＲＡＭ１０１０、ＱｏＳ／ＳＬＡルールエンジンおよびプロセッサ１００８、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣスケジューラＡＳＩＣ１０１２と双方向に接続している。
【０５３３】  ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣスケジューラＡＳＩＣ１０１２はまた、ＲＦインタフェース２９０、ＳＲＡＭラジオセルバッファ１０１８、ＩＰフローバッファ１０１４とも双方向に接続している。
６．無線基地局ソフトウェア編成
【０５３４】  図１１は、パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システム用の代表的なソフトウェア編成の図である。図１１のソフトウェア編成は、無線トランシーバおよびＲＦ  ＡＳＩＣ（aplication specific integrated circuit）モジュール２９０、ＩＰフロー制御部１１０２、ＷＡＮインタフェース管理部１１０４、ＱｏＳおよびＳＬＡ管理部１１０６、システムＯＡＭ＆Ｐ部１１０８、顧客の課金およびログ部１１１０、ＤＥＮ（directory enabled networking）部１１１２、無線基地局３２０を含んでいる。
【０５３５】  ＩＰフロー制御モジュール１１０２は、送信キュー制御モジュール１１０２ａ、ＴＣＰレート制御＆サービスクラスモジュール１１０２ｂ、無線PRIMMA MAC層エンジン１１０２ｃ、ＩＰフロー識別および分析モジュール１１０２ｄを含んでいる。
【０５３６】  ＷＡＮインタフェース管理部１１０４は、WAN入／出方向キュー制御モジュール１１０４ａ、WANインタフェースポート（例えばＴ１、Ｔ３、ＯＣ３ポート）１１０４ｂ、ファイアウォールおよびセキュリティモジュール１１０４ｃ、WANトラフィックシェーピングモジュール１１０４ｄを含んでいる。
ＩＰフロー制御部１１０２とＷＡＮインタフェース管理部１１０４はシステムの「コア（中核）」部であり、パケット処理、ＭＡＣ層スケジューリング、ＴＣＰプロキシエージェント、ＷＡＮ／ＩＦ制御機能が配置されている。前述の「ノンコア（非中核）」部の機能の多くはこれらのコア部をサポートし、制御するものである。
ＱｏＳおよびＳＬＡ管理部１１０６は、QoS性能監視制御モジュール１１０６ａ、サービスレベル契約モジュール１１０６ｂ、ポリシーマネージャモジュール１１０６ｃ、暗号化管理モジュール１１０６ｄを含む。
ＱｏＳおよびＳＬＡ管理部１１０６は、特定のＩＰフローをＱｏＳクラスに適当にグループ分けする際に、システムが必要とする統計データを提供する。一般的に、システムをインストールする条件設定時に、サービスプロバイダは、加入者ＣＰＥ局のＳＬＡ、ポリシー関連情報（Policy-based information：動作時間、ピークデータ送信レートの許容度など）、加入者ＣＰＥ局２９４に関連する情報を（遠隔から）ダウンロードする。加入者ＣＰＥ局またはサービスプロバイダに固有の、暗号キーまたは「強度」もまたダウンロードすることができる。
システムＯＡＭ＆Ｐ部１１０８は、ＷＡＰ用SNMPプロキシクライアントモジュール１１０８ａ、CPE用SNMPプロキシクライアントモジュール１１０８ｂ、システム操作、管理および条件設定モジュール１１０８ｃを含む。
システムＯＡＭ＆Ｐ部１１０８は、遠隔サービスを行うスタッフまたは装置に、システムの監視、制御、サービス、変更および修理を行うことを可能にする。システム性能レベルを自動的に監視して、システムのトラップおよびトレースを設定することができる。加入者の苦情はシステムＯＡＭ＆Ｐ部１１０８により制御されるリモートテストおよびデバッグサービスを使用して対処することができる。システムＯＡＭ＆Ｐ部１１０８の自動傾向分析機能により、システム容量の限界を監視し、先行して追加のＷＡＮ接続を条件設定することができる。
顧客の課金およびログ部１１１０は会計ログ＆データベース管理モジュール１１１０ａ、トランザクション照会＆処理制御１１１０ｂ、課金＆会計制御モジュール１１１０ｃ、ユーザ認証モジュール１１１０ｄを含む。
顧客の課金およびログ部１１１０は、サービスプロバイダにシステムの加入者に関する会計情報、課金情報、トランザクション情報を提供する。使用に応じて課金するサービスプロバイダの場合、システムリソース使用の累積データを収集することができる。機能タイプ別の場合（例えばビデオ会議、マルチキャスティングなど）は、特別な課金データを収集してサービスプロバイダに送信することができる。この部は、加入者認証機能の動作により、加入者のシステムの利用可能性を制御する。加入者が認証されてシステムを使用すると、新しい加入者認証エントリがサービスプロバイダにより（遠隔から）作成される。同様に、サービスの料金を滞納などの理由により加入者のシステムへのアクセスを拒否することもできる。サービスプロバイダはまた、会計関連トランザクションのためにシステムを遠隔から照会することもできる。
ＤＥＮ（ディレクトリ利用可能ネットワーク：directory enabled networking）部１１１２は、DEN QoS１１１２ａモジュール、DEN管理＆条件設定１１１２ｂモジュール、DEN IPSECモジュール１１１２ｃ、IPベースVPN制御＆管理モジュール１１１２ｄを含む。
【０５３７】  ＤＥＮ部１１１２は、サービスプロバイダに、加入者のＤＥＮに基づいたＶＰＮ動作に関するシステム関連情報を入力する手段を提供する。加入者ＶＰＮは、システムがシステムリソースをＶＰＮの加入者に適切に割り当て、これらのＶＰＮを認識して動作させるために、「初期化」して「条件設定」する必要がある。ＤＥＮ部１１１２からのデータをシステムが利用して適当な優先度を所定の加入者のＩＰフローに適用する。
【０５３８】  本発明のパケット中心型無線基地局は、分散サイトがＩＰフローを管理する方法の標準構造を提供する、MICROSOFT社、INTEL社、CISCO社標準のＤＥＮ（directory enabled networking）をサポートする。本発明は、遠隔管理、条件設定、管理を可能にするＬＤＡＰ（lightweight directory access protocol）準拠の方法（LDAPはMICROSOFT社、Redpmond、WAから入手可能）でＶＰＮトラフィックに優先度を付ける。本発明はまた、ＬＤＡＰバージョン２にも準拠している。本発明は、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合／電気通信部）により発表されたＸ．５００標準、ＲＦＣ１７７７にも準拠している。
【０５３９】  一つの実施例では、ＤＥＮはポリシーベースネットワーク管理（policy-based network management）、ＩＰｓｅｃ互換ネットワークセキュリティ、ＩＰｓｅｃベースＶＰＮ（IPsec based VPN）を提供する。無線基地局３０２のＤＥＮはＣＩＭ（common information model：共通情報モデル）3.0準拠（仕様が仕上がったら）とすることを計画している。無線基地局３０２はネイティブＤＥＮサポートを提供し、予約モデル（例えば、フローごとのＲＳＶＰキューイング）を含めたディレクトリベースのＤＥＮ  ＱｏＳメカニズム、precedence./priority/differentiated model（パケットマーキング）をサポートしている。無線基地局３０２はＤＥＮネットワークポリシーのサポートを計画することができ、ＤＥＮが完成するまで、内部ＱｏＳとネットワークの拡張をサポートすることができる。
６．ＩＰｓｅｃサポート
【０５４０】  ＩＰｓｅｃは図４を参照して既に紹介した。ＩＰｓｅｃはパケット暗号化の標準的な方法を提供する。ＶＰＮトンネルモードでは、ヘッダ全体を符号化、すなわち暗号化することができる。本発明をパケット中心型、ＱｏＳ感知型優先度付けで実施可能にするためには、パケット／ＩＰフローを識別中に無線基地局はパケットのヘッダフィールドの内容を分析可能である必要がある。このため、暗号化されていないパケットの分析が望まれている。
【０５４１】  本発明は、無線媒体を介してフレームを送信する前にすでにデータストリームを暗号化するため、暗号化送信を行うためにＩＰｓｅｃを無線リンクを介して使用する必要はない。サービスプロバイダがＩＰｓｅｃを使用することが望ましいと考える時に、ＩＰｓｅｃを使用してヘッダとペイロード、またはペイロードだけの認証と安全なカプセル化を行うことができる。ＩＰｓｅｃは通常、ファイアウォールに統合されている。サービスプロバイダが本発明とＩＰｓｅｃを実施することを希望する場合、本発明はファイアウォールに隠れて実施することになる。すなわち、ファイアウォールを無線基地局に移動することができる。これによりＩＰｓｅｃストリームを、パケットヘッダフィールドに基地局アクセスを提供することができる基地局で終了させることができる。
【０５４２】  図１７はＩＰｓｅｃ暗号を含むダウンリンク方向のＩＰフローを示す図である。同様に、図１８は本発明のアップリンク方向のＩＰｓｅｃサポートを示す図である。
【０５４３】  図１７は、送信元ホストワークステーション１３６ａからＩＰｓｅｃをサポートするプロトコルスタックをダウン方向に進み、アップ方向に、送信のためにデータネットワーク１４２に接続した無線基地局３０２を通過して、暗号化層を通り、次に加入者ＣＰＥ２９４ｄへの無線リンクを介し、加入者ＣＰＥ２９４ｄのプロトコルスタックをアップ方向に通過し、次にデータネットワーク１４２に接続した有線を通過して、プロトコルスタックをアップ方向に進んで加入者の場所３０６ｄの送信先加入者ワークステーション１２０ｄに至るダウンリンクフロー１７００を示している。
【０５４４】  特にフロー１７００は、ホストワークステーション１３６ａから無線基地局３０２を通過し、次に加入者ＣＰＥ２９４ｄへの無線送信リンクを通過して、加入者ワークステーション１２０ｄとの有線リンクを通過するＩＰパケットフローを示している。
【０５４５】  ホストワークステーション１３６ａはＩＰフローをアプリケーション層１７１２ｈから、ダウン方向へＴＣＰ／ＵＤＰ層１７１０ｈ、ＩＰ層１７０８ｈ、オプションのＰＰＰ層１７０６ｈ、イーサネット層１７０５ｈ、１０ベースＴ層１７０２ｈを通過し、データネットワーク１４２を介して１０ベースＴ層１７０２ｇに進み、次にイーサネット１７０４ｇを通過して、次にプロトコルスタックをアップ方向に、オプションのＰＰＰ層１７０６ｇ、ＩＰ層１７０８ｇ、１７０８ｈと進み、インターネットファイアウォールとＩＰｓｅｃセキュリティゲートウェイ１７０６ｆをダウン方向に、ＷＡＮ層１７０４ｆ、有線層１７０２ｆ、データネットワーク１４２、有線物理層１７０２ｅへと送る。
【０５４６】  無線基地局３０２の有線物理層１７０２ｅはＩＰフローをプロトコルスタックのアップ方向に、ＷＡＮ層１７０４ｅ、ＩＰｓｅｃセキュリティゲートウェイ１７０６ｅ、ＩＰネットワーク層１７０８ｅと１７０８ｄとのファイアウォールを介し、次にダウン方向に暗号化層１７０６ｄ、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ層１７０４ｄ、そしてダウン方向に無線リンクから加入者ＣＰＥ２９４ｄへと送る。
【０５４７】  加入者２９４ｄはパケットＩＰフローを物理無線層１７０２ｃのアンテナ２９２ｄからアップ方向に、ＭＡＣ層１７０４ｃ、暗号化層１７０６ｃ、ＩＰ層１７０８ｂ、１７０８ｃを介してダウン方向にオプションの層１７０６ｂ、イーサネット層１７０４ｂ、１０ベースＴ接続１７０２ｂ、１０ベースＴ接続と送る。
【０５４８】  加入者ワークステーション１２０ｄはＩＰフローを１０ベースＴ層１７０２ａからそのプロトコルスタックをアップ方向に、イーサネット層１７０４ａ、オプションのＰＰＰ層１７０６ａ、ＩＰ層１７０８ａ、ＴＣＰ／ＵＤＰ層１７１０ａ、アプリケーション層１７１２ａと送る。
【０５４９】  図１８は、ＣＰＥの場所３０６ｄの加入者ワークステーション１２０ｄの送信元ＴＣＰから、ＣＰＥ加入者局２９４ｄに接続したイーサネット、無線基地局３０２への無線媒体への送信プロトコルスタックをダウン方向に進み、ＩＰｓｅｃをサポートする無線基地局３０２のプロトコルスタックをアップ方向に進み、次に、データネットワーク１４２への有線接続と進み、送信先ホストへのプロトコルスタックへと至るアップリンク方向のＩＰフローを示している。
【０５５０】  特にフロー１８００は、加入者ワークステーション１２０ｄから加入者ＣＰＥ２９４ｄを通過し、次に無線送信媒体を介して無線基地局３０２へ、場合によっては有線リンクを介してホストワークステーション１３６ａに至るＩＰパケットを示している。
【０５５１】  フロー１８００は、アプリケーション層１８１２ａから、プロトコルスタックをダウン方向にＴＣＰ／ＵＤＰ層１８１０ａ、ＩＰ層１８０８ａ、オプションのポイントツーポイント（ＰＰＰ）層１８０６a、データリンクイーサネット層１８０４ａ、１０ベースＴイーサネットネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）物理層１８０２ａ、有線回線接続を介して加入者ＣＰＥ２９４ｄの１０ベースＴイーサネットＮＩＣ物理層１８０２ｂと進むＩＰフローを含む。
【０５５２】  加入者ＣＰＥｄはＮＩＣ１８０２ｂから着信したパケットを、そのプロトコルスタックをアップ方向にイーサネット層１８０４ｂ、オプションのＰＰＰ層１８０６ｂを介してＩＰ層１８０８ｂ、１８０８ｃへと進め、インターネットファイアウォールとＩＰｓｅｃセキュリティゲートウェイ１８０６ｂをダウン方向に進み、ＰＲＩＭＭＡ  ＭＡＣ１８０４ｃ、アンテナ２９２ｄを含む無線物理層１８０２ｃ、ＲＦ通信、ケーブルＲＦ、衛星リンクなどの無線媒体を介して無線物理層１８０２ｄの無線基地局３０２のアンテナ２９０ｄに進める。
【０５５３】  無線基地局３０２はＩＰフローを物理無線層１８０２ｄのアンテナ２９０ｄからアップ方向に、ＭＡＣ層１８０４ｄ、ＩＰｓｅｃ層１８０６ｄ、１８０６ｄと進め、パケットをカプセル化して暗号化することができる。ＩＰｓｅｃ層１８０６ｅからＩＰフローはダウン方向にＷＡＮ層１８０４ｅ、データネットワーク１４２を介して有線物理層１８０２ｅと進む。
【０５５４】  有線物理層１８０２ｆはＩＰフローを、プロトコルスタックをアップ方向に、ＷＡＮ層１８０４ｆ、ＩＰｓｅｃセキュリティゲートウェイ１８０６ｆ、ＩＰネットワーク層１８０８ｆと１８０８ｇとのファイアウォールを介して送り、次にダウン方向にオプションのＰＰＰ層１８０６ｈ、イーサネット層１８０４ｈ、ダウン方向に１０ベースＴ層１８０２８と送り、インタフェース３２０、
ルータ１４０ｄを介してデータネットワーク１４２、有線接続を介してホストワークステーション１３６ａの１０ベースＴ物理層１８０２ｈへと送る。
【０５５５】  ホストワークステーション１３６ａはＩＰフローを１０ベースＴ層１８０２ｈ、からプロトコルスタックをアップ方向に、イーサネット層１８０４ｈ、オプションのＰＰＰ層１８０６ｈ、ＩＰ層１８０８ｈ、ＴＣＰ／ＵＤＰ層１８１０ｈ、アプリケーション層１８１２ｈと進める。
ＩＶ．結論
【０５５６】  本発明の各種の実施の態様を記載したが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。本発明の範囲は上述の実施例に限定されることなく、以下の特許請求の範囲に従ってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  一つ以上のローカルアクセスおよび伝送エリアの中でローカルな電気通信サービスを提供する標準的な電気通信ネットワークの概要を示すブロック図である。
【図１Ｂ】  データネットワークに接続したワークステーションを含むネットワークの一例を示す図である。
【図１Ｃ】  ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークなど、従来のビデオネットワークの図である。
【図２Ａ】ローカルな電気通信サービスプロバイダと、長距離電気通信サービスプロバイダに、異なったローカルアクセスと伝送エリアに位置する加入者間で標準的な電気通信サービスを提供する電気通信ネットワークの概要を示すブロック図である。
【図２Ｂ】  信号ネットワークの詳細を示す図である。
【図２Ｃ】  データネットワークを介して音声、データ、およびビデオトラフィックを伝送する代表的なネットワークを示す図である。
【図２Ｄ】  データネットワークにルータを介して接続されたポイントツーマルチポイント無線ネットワークを含むネットワークを示す図である。
【図３Ａ】  ポイントツーマルチポイントネットワークの代表的な透視図である。
【図３Ｂ】  無線ポイントツーマルチポイントネットワークを示すブロック図である。
【図４】  本発明の無線インターネットプロトコルネットワークアクセスアーキテクチャを示す図である。
【図５Ａ】  加入者ホストから無線基地局へ、および無線接続を介して送信先ホストに至るインターネットプロトコルフローを示す図である。
【図５Ｂ】  発信送信制御プロトコルなりすまし機能を実行する送信制御プロトコル補助エージェントの代表的な機能の説明を含む機能フロー図である。
【図５Ｃ】  着信送信制御プロトコルなりすまし機能を実行する送信制御プロトコル補助エージェントの代表的な機能の説明を含む機能フロー図である。
【図６】  複数のインターネットプロトコルフローが混合した場合のスケジューリングを表すブロック図である。
【図７】  インターネットプロトコルフローとインターネットプロトコルフローのサービス要件の品質を識別するために利用可能なパケットヘッダフィールド情報を示す図である。
【図８Ａ】  代表的なダウンリンク分析、優先度付けおよびスケジューリング機能を要約したブロック図である。
【図８Ｂ】  代表的なアップリンク分析優先度付けおよびスケジューリング機能を要約したブロック図である。
【図９】  ダウンリンクフロースケジューラが、サービスレベル契約を考慮して、フレームスロットに優先度付けとリソース割り当てを行い、スケジューリングを行う方法を示す図である。
【図１０】  発明の媒体アクセス制御ハードウェアアーキテクチャの一つの実施例を示す図である。
【図１１】  パケット中心型無線ポイントツーマルチポイント電気通信システムの代表的なソフトウェア編成を示す図である。
【図１２Ａ】  代表的な時分割多重アクセス媒体アクセス制御エアフレームを示す図である。
【図１２Ｂ】  代表的な時分割多重アクセス／時分割二重エアフレームを示す図である。
【図１２Ｃ】  代表的なダウンストリーム送信サブフレームを示す図である。
【図１２Ｄ】  ダウンストリーム送信サブフレームの代表的なアップストリーム肯定応答ブロックフィールドを示す図である。
【図１２Ｅ】  ダウンストリーム送信サブフレームの代表的な肯定応答要求ブロックフィールドを示す図である。
【図１２Ｆ】  ダウンストリーム送信サブフレームの代表的なフレーム記述子ブロックフィールドを示す図である。
【図１２Ｇ】  ダウンストリーム送信サブフレームの代表的なダウンストリーム媒体アクセス制御ペイロードデータユニットを示す図である。
【図１２Ｈ】  ダウンストリーム送信サブフレームの代表的なコマンドおよび制御ブロックを示す図である。
【図１２Ｉ】  代表的なアップストリーム送信サブフレームを示す図である。
【図１２Ｊ】  アップストリーム送信サブフレームの代表的なダウンストリーム肯定応答ブロックを余す図である。
【図１２Ｋ】  アップストリーム送信サブフレーム１２０４の代表的な予約要求ブロックを示す図である。
【図１２Ｌ】  アップストリーム送信サブフレームの代表的な媒体アクセス制御ペイロードデータユニットを示す図である。
【図１２Ｍ】  アップストリーム送信サブフレームの代表的な動作データブロックを示す図である。
【図１２Ｎ】  アップストリーム送信サブフレームの代表的な動作データブロックを示す図である。
【図１２Ｏ】  アップストリーム送信サブフレームの代表的な動作データブロックを示す図である。
【図１３】本発明の代表的なフロースケジューラを機能する方法を示す図である。
【図１４】  事前予約アルゴリズムの代表的な二次元ブロック図である。
【図１５Ａ】  ダウンリンクフローアナライザの代表的な論理フロー図である。
【図１５Ｂ】  ダウンリンクフロースケジューラの代表的な論理フロー図である。
【図１６Ａ】  アップリンクフローアナライザの代表的な論理フロー図である。
【図１６Ｂ】  アップリンクフロースケジューラの代表的な論理フロー図である。
【図１７】  インターネットプロトコルセキュリティ暗号化を含めた、ダウンリンク方向へのインターネットプロトコルフローを示す図である。
【図１８】  アップリンク方向のインターネットプロトコルセキュリティサポートを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
0005299881.tif 000016
【図２Ｂ】
0005299881.tif 000017
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
0005299881.tif 000019
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
0005299881.tif 000023
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
0005299881.tif 000029
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１２Ｉ】
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【図１２Ｊ】
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【図１２Ｋ】
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【図１２Ｌ】
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【図１２Ｍ】
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【図１２Ｎ】
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【図１２Ｏ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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